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Introduzione alla Fitodepurazione

1. vade 50 13 ALCUNI CASI DI STUDIO 53 13 1 Sete EE dI AM MU MEM E 53 13 2 FISCHERHOF RESTAURANT AND SANATORIUM 55 13 3 RIFUGIODELLABETINAREALE id tesis visit eti pi a 59 13 4 IMPIANTO DI FITODEPURAZIONE ARTIFICIALE A COSSATO 63 1 INTRODUZIONE La fitodepurazione un processo naturale per depurare le acque reflue che sfrutta i meccanismi di autodepurazione tipici delle aree umide L etimologia della parola fitodepurazione dal greco phito pianta pu trarre in inganno nel far ritenere che siano le piante gli attori principali nei meccanismi di rimozione degli inquinanti Le piante in realt hanno semplicemente il ruolo di favorire la creazione di microhabitat idonei alla crescita della flora microbica vera protagonista della depurazione biologica Gli impianti di fitodepurazione vengono definiti a livello internazionale con il termine costructed wetlands che si riferisce a sistemi umidi costruiti artificialmente in modo tale da ottimizzare gli effetti della depurazione sulle acque reflue simulando un ambiente naturale Le zone umide naturali sono caratterizzate da un estrema variabilit delle loro componenti funzionali E quindi praticamente impossibile prevedere le conseguenze dell apporto di acque inquinate e la traslazione dei risultati da una zona geografica all altra Sebbene si osservino significativi miglioramenti nella qua
2. E n vatoreGuDA E atone MITE 20 10 1 8 10 4 2 o o t 515 5 8 5 8 585 8 8 5 5 5 5 8 i 5 5 1414 5 41915 ii N Totale P Totale E 25 on vaonsume 2 15 15 VALORE LIMITE n s os o o sleleleje eje e lele Slii 3 3 3 3 8 3 3 3 81212 12 1 4 4 5 sets ots novo 05 apro 05 mg os ago 0s secos 05 mo iuo ago 06 sevos secos ots nov 04 gen 05 Jog ugs go 05 secs o5 nov 05 gen 06 mar o spr06 ago o Tensioattivi Totali Cr Totale 3 012 m vuonsuvime 5 n our Milone ume B os as om o o H E H H B B 2 l l lz z x 5 3 XE iiililili sti i 3 3 21215153515 2144 2 2242 4 1 54 5 ilii ilii sei nav 04 04 gen 05 marcos mugs ages senas nov 05 gen 06 maros apros gi S 1 46 seras 11 01 secos oot dit gen 5 mars apros mg 5 mg os ago 5 gen 0
3. F M 1997 Biologia Vegetale sistematica filogenetica UTET Torino Gersberg R M Lyon S R Elkins B V Goldman 1985 The removal of heavy metals by artificial wetlands In Proceedings of the water reuse symposium Ill Future of water reuse AWWA research Foundation Gersberg R M Elkins B V Lyon S R Goldman 1986 Role of aquatic plants in wastewater treatment by artificial wetlands Wat Res 20 3 363 368 Ghetti P F amp Volpi Ghirardini A 1994 Trattamenti di fitodepurazione aspetti generali in De Fraja Frangipane E amp Vismara H Piccoli impianti di depurazione XLI Corso di aggiornamento in Ingegneria Sanitaria Ambientale Andis e Politecnico di Milano Milano Giger W Roberts P V 1978 Characterization of persistent organic carbon In Water Pollution Microbiology New York John Wiley and Sons 2 137 175 Green M B Griffin P Seabridge J K Dhobie D 1997 Removal of bacteria in subsurface flow wetlands Wat Sci Tech 35 5 109 116 Ingenieur kologische Vereinigung Deutschland 1994 Behandlung von h uslichem Abwasser in pflaenzenklaeanlagen IOV A beitsblatt W1 94 16 S Augsburg Germania Kadlec R H amp Knight R L 1996 Treatment Wetlands Lewis Publisher CRC press Florida Malcevschi S Ferraris M Capetta C Bisogni G 1998 Un esperienza di ecosistemi filtro per l abbattimento dell inquinament
4. 73 di 79 Introduzione alla fitodepurazione Grafico 22 AZOTO TOTALE FOSFORO TOTALE 50 7 45 6 40 35 5 4 30 3 Po 25 20 3 15 10 1 5 04 1 2 3 4 5 6 Fi 1 2 4 5 6 7 IN IMP 37 9 432 30 8 454 23 8 20 5 32 lg iN IMP 5 8 63 5 6 1 33 2 9 43 OUT FITO 5 5 6 8 92 9 65 53 74 03 12 04 0 5 0 5 0 5 0 5 ABBATTIMENTO IN IMP OUT FITO ESSD 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 04 1 2 3 4 5 6 7 ON TOT 85 84 70 80 73 74 T OP TOT 95 81 92 92 85 83 88 SSD 12 13 75 13 6 3 75 74 di 79 BIBLIOGRAFIA ATV Abwassertechnische Vereinigung Associazione tedesca per l acqua e l ambiente 1998 Behandlung von hauslichem abwasser in Pflanzenbeeten Trattamento di reflui domestici in fitodepurazione German ATV Standards Wastewater Waste Guideline A 262 10 pp Adcock P W Ganf G G 1994 Grow characteristics of three macrophyte species growing in a natural and constructed wetland system Wat Sci Tech 29 4 95 102 Armstrong J Armstrong W 1990 Light enhanced convective throughflow increases oxygenation in rhizomes and rhizosphere of Phragmites australis Cav Trin ex Steud New Phytol 114 121 128 Borin M Marchetti C 1997 Si
5. Water Envir Researce 64 776 781 Schudel P amp Boller Markus 1989 Onsite wastewater treatment with intermittent buried filters in International Specialized Conference on Design and Operation of Small Wastewater Treatment Trondheim June 1989 Hallvard Odegaard ed Norway Introduzione alla fitodepurazione 78 di 79 U S EPA Enviromental Protection Agency 1993 Subsurface flow constructed wetland for municipal wastewater treatment EPA 832 R 93 001 Office for Water Cincinnati Ohio U S EPA Enviromental Protection Agency 2000 Constructed Wetland Treatment of Municipal Wastewaters EPA 625 R 99 010 Office for Research and Development Cincinnati Ohio SITI INTERNET www iridra com www fitodepurazionevis it www enea it WWW SWamp eu org Introduzione alla fitodepurazione 79 di 79
6. stato pero sperimentato che questa sabbia con l andare del tempo tende a percolare nel sottostante strato di ghiaia andando a bloccarne gli interstizi Introduzione alla fitodepurazione 29 di 79 Come substrato possono essere utilizzati anche materiali artificiali come il LECA light expanded clay aggregate una sorta di argilla espansa molto leggera con grani delle dimensioni 1 32 mm creati ad alte temperature in forni specializzati oppure i BIOBLOCK matrici modulari di polietilene autopulenti e ad alta porosit in cui vengono piantumate le radici delle piante Ancora poco sperimentato invece l uso di materiali di scarto come ceneri di combustione PFA segatura scarti di miniera scarti inerti dell edilizia E importante che la terra non entri mai all interno dei letti durante la fase di realizzazione perch comprometterebbe la conducibilit idraulica del medium Condizioni anaerobiche aerobiche La differenza tra un suolo e un suolo ben drenato la disponibilit di ossigeno atmosferico Nei suoli ben drenati gli interstizi tra le particelle di terreno sono riempiti di aria con un determinato contenuto di ossigeno Di conseguenza i microrganismi che vivono all interno di tali interstizi e attorno alle radici delle piante in cui si creano microzone ossidate vedere cap specie vegetali otterranno direttamente l ossigeno a loro necessario per vivere in questi spazi Questo tipo di microrganismi detto aerobi
7. 1994 Criteri progettuali e costruttivi di u sistema a flusso sub superficiale per piccole comunit XLI Corso di aggiornamento ISA piccoli impianti di depurazione Politecnico di Milano e ANDIS 30 maggio 2 giugno Milano Piraccini E 1998 Un applicazione di tecniche di fitodepurazione presso l AMGA di Cesena IA Ingegneria Ambientale vol 28 3 Ramadori R Cingolani L Cameroni L Ed s 1995 Natural and constructed Wetlands for wastewater treatment and reuse Esperience Goals and Limits atti del seminario internazionale Centro studi Provincia di Perugia Reed S C Middlebrooks E J Crites R W 1987 Natural systems for waste management and treatment New York McGraw Hill book Co Reed S C Brown D S 1992 Constructed wetland design The first generation Wat Env Res 64 6 776 781 Romagnolli F Honer 2001 Planted sand filter experiences in Italy IWA Specialist Group on the use of Macrophytes in Water Pollution Control newsletter n 23 2001 Oxford university press 1990 Dizionario enciclopedico dei termini scientifici Bur Rizzoli Milano Trevisol M Parancola 1995 Manuale di biofitodepurazione risanamento delle acque e processi di rinaturalizzazione ANAB ed Padova Vecchiet M 2000 La depurazione a flusso verticale nel trattamento delle acque reflue di origine civile in quaderno ARPA Emilia Romagna atti workshop Il riuso delle
8. DIMENSIONAMENTO SISTEMI A FLUSSO SOMMERSO VERTICALE CON MACROFITE RADICATE Una metodologia per il dimensionamento dei bacini a flusso verticale utilizza le seguenti procedure Si calcola il fabbisogno di ossigeno sulla base di 1 0 kg di O per kg di BOD da rimuovere di 4 3 kg di per kg di da ossidare Cooper 1996 Si dimensiona il letto verticale considerando un coefficiente di aerazione superficiale pari a 30 grammi di Os per di superficie Brix 1998 e si fissa la sua altezza pari ad 0 9 m Conoscendo quindi il fabbisogno di ossigeno ed il coefficiente di aerazione superficiale si ricava una superficie poi aumentata del 2596 come fattore cautelativo In riferimento alle Linee Guida tedesche per la realizzazione di sistemi verticali per utenze civili ATV 1997 si richiede il valore di 50 g m per giorno per il carico organico in ingresso al sistema espresso come COD Platzer 2000 OD OD CE y cum A area superficiale OD domanda di ossigeno Ka costante A 5 0 25 Richiesta di Ossigeno OD g d 0 85 0 7 CODinf g d 4 3 TKNinf g d 0 1x2 9xTKNinf g d Ka 30 56 gr O2 m2 d Basata su Rimozione del COD dell 85 Consumo di ossigeno di 0 7 O g COD Richiesta di ossigeno per la nitrificazione calcolata con 4 3 TKN Recupero di ossigeno per denitrificazione di 2 9 O2 g NO3 Ngenit assumendo una denitrificazione del 1096 Introduzione alla fitodepur
9. La rimozione dei microrganismi patogeni risulta particolarmente efficace con la fitodepurazione fornendo valori di abbattimento del 99 Il passaggio del liquame attraverso micrositi aerobici alternati a quelli anaerobici presenti nella rizosfera comporta uno stress per i microrganismi non metabolicamente adattati a tenori diversi di ossigeno e quindi porta ad una loro elevata mortalit A questo si devono aggiungere i processi fisici di filtrazione e sedimentazione che avvengono durante il passaggio attraverso il substrato la predazione da parte di nematodi e protozoi e la mortalit naturale dei microrganismi in questione Il tasso di rimozione sembra essere legato con proporzione diretta non solo al tempo di permanenza che deve essere almeno superiore a 1 o 2 giorni ma mai superiore ai 6 giorni ma anche alle condizioni di umidit relativa dell aria con una maggiore efficienza di rimozione in ambiente secco Introduzione alla fitodepurazione 17 di 79 6 SPECIE VEGETALI Le specie vegetali utilizzate in fitodepurazione sono piante acquatiche superiori e o alghe macrofite e microfite che vivono normalmente nelle zone umide naturali laghi stagni paludi ecc In un lago possibile individuare in relazione alla profondit dell acqua tre zone Figura 6 Litorale Zona pelagica zona eufotica inondata dalla luce solare caratterizzata da organismi che fluttuano passivamente come il plancton Zona bentonica zona afoti
10. Lemna spp minor major trisulca ecc Nymphaea alba Nuphar lutea Elodea canadensis Potamogeton spp Hydrocharis morsus Ceratophyllum ranae Salvinia natans Spirodela polirrhiza Trapa natans Wolffia arrhiza demersum Ceratophyllum submersum Myriophyllum spicatum Myriophyllum verticillatum Tabella 4 Principali specie di macrofite utilizzate nella fitodepurazione SPECIE ACCESSORIE utilizzabili con valenza ecologica per la ricostruzione dell ambiente umido Macrofite emergenti Berula erecta Butomus umbellatus Carex spp flava fusca ecc Eleocharis spp Hottonia palustris Mentha aquatica Menyanthes trifoliata Nasturtium officinale Oenanthe aquatica Juncus conglomeratus Rhynchospora alba Rhynchospora fusca Typha angustifolia Triglochin palustre Macrofite flottanti Hydrocotyle vulgaris Nimphoides peltata Polygonum amphibium Sparganium minimum Sparganium angustifolium Apium nodiflorum Berula erecta Najas marina Ranunculus aquatilis Ranunculus tricophyillus Vallisneria spiralis Tabella 5 Principali specie di macrofite accessorie utilizzabili in fitodepurazione Introduzione alla fitodepurazione 23 di 79 Nella Tabella 6 viene invece riportata la profondit dell acqua tollerata dalle principali macrofite in ambiente naturale il range di profondit ottimale per le varie macrofite e la misura di penetrazione delle radici nel substrato degli impiant
11. agricolo industriale Principali parametri per la definizione degli obiettivi di qualit Domanda di ossigeno BOD e COD Fosforo Pt Azoto N NH4 N No3 N No2 Solidi sospesi SSt Patogeni Coliformi fecali Escherichia coli Tabella 7 Principali parametri per la definizione degli obiettivi di qualit Si procedera quindi come indicato in Tabella 8 al dimensionamento al calcolo del tempo di residenza e alla scelta e valutazione dei dettagli costruttivi Introduzione alla fitodepurazione 26 di 79 Guida alla progettazione 1 definizione degli obiettivi 2 dimensionamento per un particolare afflusso carico organico rimozione degli inquinanti geometria area profondit dei letti 3 Tempo di ritenzione 4 Scelta del medium di riempimento 5 dell impermeabilizzazione 6 Struttura di ingresso ed uscita per il controllo del livello dell acqua riciclo dell acqua distribuzione e suddivisione del flusso 7 configurazione del percorso dell acqua serie e o in parallelo ecc variazione della profondit dell acqua entro e tra le celle per garantire 8 biodiversit degli habitat se richiesto per migliorare la distribuzione del flusso e la rimozione degli inquinanti 9 dettagli sulla piantumazione inclusa la selezione delle specie densit di piantumazione e spettro specie 10 piano di avviamento gestione e manutenzione Tabella 8 Guida alla progettazione Di seguito vengono
12. essere utili in applicazioni per il controllo dell odore toilette pubbliche stalle allevamenti di polli e maiali lettiere per animali domestici che rilasciano vapori di H2S VOC spiacevoli e nocivi per animali e uomini e per uso industriale su alcun ti pi di emissioni processi C i cationi possono essere sostituiti da altri cationi comportanti la stessa carica positiva scambio cationico come piombo tallio caesio stronzio rame zinco ecc in base alla specifica selettivit di scambio del materiale La quantit scambiabile dipende dalla capacit di scambio espressa in meg g La capacit di scambio cationico CEC total cation exchange capacity delle zeoliti arriva fino a valori di 2 4 meg g che non solo nettamente superiore a quella degli altri composti inorganici naturali montmorillonite 1 meq g sepiolite 0 1 0 2 meq g ma si realizza in modo tipicamente selettivo in quanto da una soluzione policationica vengono maggiormente e primariamente rimossi i cationi a pi bassa energia di solvatazione D quelli con carica bassa ed elevato raggio cationico tra questi i principali sono K e Questi ioni vengono scambiati con i cationi della struttura cristallina La capacit di scambio maggiore quanti pi sono i cationi contenuti all interno della zeolite la carica elettrica dei cationi dipende dal rapporto tra silicio e alluminio quanto minore questo rapporto tanto maggiore il numero delle car
13. sia dal punto di vista dell immissione di sostanze inquinanti sia come impatto visivo ambientale Gli impianti di fitodepurazione possono essere utilizzati come trattamenti secondari dopo una sedimentazione per scarichi civili o misti oppure come trattamenti terziari di affinamento per scarichi industriali percolati di discarica o per acque di dilavamento di strade e autostrade Per quanto riguarda i reflui civili i campi d impiego di interesse possono essere Siti abitativi rurali dove non sia possibile il collegamento con la fognatura pubblica ovvero ove lo stesso risulti troppo oneroso Smaltimento di reflui civili in gruppi di case sparse Impianti di depurazione comunali con un volume di reflui trattati fino a 2000 ae abitanti equivalenti Il trattamento delle acque reflue con il metodo della fitodepurazione si esaurisce in un unico processo e non necessita di clorazioni e trattamenti chimico fisici successivi qualora questo metodo venga utilizzato esclusivamente come depurazione secondaria Introduzione alla fitodepurazione 3 di 79 3 TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE Le tecniche di fitodepurazione esistenti possono essere classificate in base all ecologia delle piante acquatiche vedere capitolo specie vegetali utilizzate Sistemi a idrofite galleggianti pleustofite Sistemi a idrofite radicate sommerse Sistemi a macrofite radicate emergenti elofite Sistemi a microfite alghe unicellulari sistemi d
14. Constructed Wetlands in Water Pollution Control held in Cambridge UK 244 28 September 1990 Pergamon Oxford Bahlo K 1997 Reinigungsleistung und Bemessung von vertikal durchstr mten Bodenfilter mit Abwasserrezirkulation Dissertation University of Hannover Fachbereich Bauingenieur und Vermessungswesen Eigenverlag Uelzen Bahlo K 2000 Treatment efficiency of a vertical flow reed bed with recirculation Journal of Environmental Science and Helth A35 8 1403 1413 Brix H 1991 The use of macrophytes in waste water treatment biological features Atti del Convegno internazionale Biological Approach to Sewage Treatment Process Current Status and Perspective Dip Studi Territoriali e Ambientali Amm Pro le Perugia C I S B A E A W P R C Perugia Brix H 1994 Use of subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment in Natural and constructed wetlands for wastewater treatment and reuse experiences goals and limits Proceedings from conference in Pila october 26 28 1995 Perugia Bown M Beharrel M and Bowling L 1998 Chemical biological and physical processes in constructed wetland in The Constructed Wetlands Manual Department of Land and Water Conservation New South Wales Australia Cooper Findlater B C 1990 Constructed Wetlands in Water Pollution Control Pergamon Press Oxford Geller G Kleyn K Lents A 1990 Planted so
15. L effluente dei letti di fitodepurazione viene convogliato in uno stagno di accumulo dove l acqua viene tenuta a disposizione per i periodi di siccit L effluente dello stagno non avrebbe potuto essere infiltrato nel suolo dato che le autorit competenti non hanno accettato tale soluzione anche se il sottosuolo risulta permeabile non uso di acque di falda ed il suolo risulta abbastanza secco nel periodo estivo La motivazione fornita dalle autorit e che ci si aspetta che le acque provenienti dal sanatorio possano contenere quantit inusuali ed elevate di farmaci e si deve quindi evitare la contaminazione delle acque sotterranee a causa degli stessi Conseguentemente stata installata una tubazione di 300 m che raggiunge il Fiume Gurk il principale corpo idrico della valle fanghi primari prodotti dalla vasca settica vengono compostati in due letti di fitodepurazione per la disidratazione e il compostaggio di fanghi Sono stati realizzati due letti in modo tale da permettere un anno di inattivit per uno dei due letti al momento in cui si deve procedere alla rimozione del materiale compostato al termine di un periodo di 10 anni di alimentazione Il percolato dei due letti viene ricircolato all interno della vasca settica La figura sottostante Figura 18 rappresenta lo schema operativo del sistema di fitodepurazione Septic tank Divisor Irrigation River Chamber with Gurk pipe valve Figura 18 Introduzione a
16. Nei sistemi orizzontali possono per verificarsi problemi di intasamento che causano un corto circuito del flusso e un allagamento della superficie dei letti Il problema sopra citato principalmente dovuto a 1 Dimensionamento della parte idraulica dell impianto insufficiente Questo inconveniente pu verificarsi soprattutto se in fase preventiva viene fatta una stima errata del carico idraulico che dovr sopportare l impianto e della sua distribuzione temporale 2 Insufficiente distribuzione del flusso in ingresso 3 Scelta inappropriata della dimensione del medium di riempimento all ingresso e o nell intero sistema Anche nei sistemi verticali si possono riscontrare sul lungo periodo problemi di intasamento In questo caso tali inconvenienti sono dovuti soprattutto all erronea scelta del medium di riempimento della portata idraulica e o del carico organico distribuito su unit di superficie nell unit di tempo superando i 25 COD m per giorno si sono rilevati nelle esperienze tedesche ed austriache frequenti problemi di intasamento superficiale dovuto alla formazione di una crosta organica che pu arrivare a diminuire di tre ordini di grandezza la quantit di ossigeno trasferita 30 40 cm al di sotto della superficie dei letti rispetto a letti non intasati Tale inconveniente porta inevitabilmente alla diminuzione delle capacit ossidative caratteristiche dei sistemi verticali Per quanto riguarda gli aspetti economici
17. acqua L assunzione dell azoto da parte delle piante avviene per assorbimento tramite l apparato radicale mentre l ammoniaca viene utilizzata nei processi metabolici di costruzione delle sostanze proteiche l entit di questo processo comunque limitata Il substrato in virt della sua capacit di scambio pu adsorbire ioni ammonio si ritiene tuttavia che il processo sia rapidamente reversibile quando la nitrificazione fa diminuire la concentrazione degli ioni ammonio nella soluzione acquosa Il fosforo pu essere presente nei liquami sotto forma di ortofosfato di polifosfato oppure in forma organica soprattutto negli scarichi industriali L ossidazione batterica converte in ortofosfato tutte le forme di fosforo presenti La rimozione dell ortofosfato avviene principalmente attraverso fenomeni di adsorbimento da parte del substrato in presenza di composti inorganici di ferro e alluminio e da parte del calcio e dei minerali presenti nell argilla Introduzione alla fitodepurazione 15 di 79 Visto il ruolo importante svolto dal substrato sono soprattutto la qualit e la pezzatura del materiale di riempimento che possono favorire una maggiore rimozione di fosforo Per tale motivo la tipologia tedesca dei flussi sommersi verticali utilizza la sabbia come substrato per il filtro in cui naturalmente sono presenti tracce di ferro che permettono la precipitazione dei fosfati Secondo alcuni autori oltre che con questi meccanismi la rimozion
18. alla rimozione di questi elementi La fitodepurazione in particolare quella sub superficiale ha invece una buona capacit di sequestro dei metalli Si pensi che in un impianto a Santee in California rame zinco e cadmio sono stati rimossi con un efficienza rispettivamente del 99 9796 e del 9996 con un tempo di ritenzione idraulico di 5 5 giorni Nei sistemi a macrofite natanti si segnalata la capacit del giacinto d acqua Eichornia crassipes di assimilazione e bioaccumulo con valori variabili dal 18 per Introduzione alla fitodepurazione 16 di 79 l arsenico al 6896 per il rame Le piante possono assorbire una certa quantit di metalli ma la loro assunzione si accompagna a danni strutturali del tessuto Il substrato invece trattiene i metalli in funzione della sua capacit di scambio cationica Di recente applicazione la phytoremediation o fitodecontaminazione che prevede l adozione di particolari specie di piante utilizzate come bioaccumulatori per risanare aree industriali dismesse ex discariche o terreni contaminati da metalli pesanti o radionuclidi Le strategie impiegate nel biorecupero sono rizofiltrazione fitoestrazione fitostabilizzazione fitodegradazione Alcune specie utilizzate sono Medicago sativa Cd Ni Cu Cr Pb Zn Silene vulgaris e Brassica juncea Zn Cd Populus spp Cd arsenico tricloroetilene Helianthus annus radioattivita Le piante esauste a fine ciclo vengono disidratate e trattate co
19. analizzati i criteri per la progettazione di questi impianti riassunti anche in Tabella 9 Criteri di progettazione Idrologia Tempo di ritenzione idraulica Carico idraulico Medium di riempimento Condizioni aerobiche anaerobiche geometria impermeabilizzazione Strutture ingresso e uscita refluo Configurazione letti Vegetazione Rimozione degli inquinanti Tabella 9 Criteri per la progettazione degli impianti di fitodepurazione Idrologia fattori che influenzano l idrologia sono precipitazione infiltrazione evapotraspirazione carico idraulico tipologia del medium di riempimento profondit dell acqua Tali parametri possono influenzare la capacit di rimozione dei composti organici e dei nutrienti da parte dell impianto sia variando i tempi di permanenza che agendo sulla concentrazione del refluo da trattare Tempo di ritenzione idraulica tempi di permanenza possono variare da qualche ora a pi giorni Nella progettazione degli impianti sar importante massimizzare la superficie di contatto tra l acqua da depurare e i vari componenti dell ecosistema come biofilm piante inerti e cosi via L ampiezza della superficie di contatto e quindi l efficacia della depurazione che avviene per contatto diretto funzione del percorso dell acqua nell impianto che strettamente legato al dimensionamento e al tempo di permanenza Introduzione alla fitodepurazione 27 di 79 della stessa tempo di permanenza dell acq
20. attraverso una combinazione di processi fisici chimici e biologici sistemi acquatici forniscono tutta una serie nicchie e microambienti che giocano un ruolo importante nei processi sopra citati L efficienza di tutti questi processi varier ovviamente con il tempo di permanenza del refluo all interno dell impianto Lunghi tempi di permanenza hanno benefici effetti sulla rimozione degli inquinanti ma tempi troppo allungati potrebbero variare il potenziale redox dei sedimenti facendo in modo che i nutrienti e gli inquinanti ritornino nella colonna d acqua difficile indicare un tempo di permanenza ottimale standard per qualsiasi tipo di impianto in quanto questo varier a seconda delle caratteristiche del refluo da trattare e dell impianto stesso In realt negli impianti di fitodepurazione gli inquinanti vengono rimossi attraverso processi fisici chimici e biologici come filtrazione adsorbimento assimilazione da parte degli organismi vegetali degradazione batterica ed antibiosi oltre ad un certo numero di altri processi meno efficaci Il refluo viene depurato da una pluralit di meccanismi di tipo fisico chimico fisico e biologico in cui la parte predominante spetta alla flora microbica Le piante svolgono un ruolo importante in quanto trasferiscono ossigeno dalle parti aeree a quelle sommerse la penetrazione delle radici all interno del substrato permette la creazione di microhabitat aerobici in ambiente anaerobico che favor
21. che viene presentato nel seguito per l appunto un impianto di fitodepurazione artificiale e quindi costruito implementando un letto filtrante composto da zeolite e piante macrofite emergenti micorrizate utilizzato per il trattamento terziario di un refluo di provenienza sia civile che industriale finalizzato al riutilizzo del dello stesso una volta depurato L impianto di cui sopra si inserisce all interno dell impianto di depurazione di Cossato Bl gestito dalla CORDAR S p A Biella Servizi avente la potenzialit di 520 000 ae il cui funzionamento riassunto dallo schema a blocchi riportato in Figura 20 LINE ACQUA VAGLIO REFUI URNA ee DISSABBAITURA SACHE RIFIUTI TOTI ee E DISOLEATURA SEDIMENTAZION E PRIMARIA 5 FLOTTAZIONE 4 OMOGENEIZZAZIONE A ES e EC ATTIVI e rrazione pisverzione REFLUO DEPURATO LINEA FANGHI E GAS gt FITODEPURAZIONE Trattamento Pilota DIGESTIONE FANGHI ISPESSIMENTO DISIDRATAZIONE RIUTILIZZATI IN ANAEROBICA AGRICOLTURA PRODUZIONE BIOGAS ENERGIA TERMICA PER RISCALDAMENTO FANGHI E AMBIENTI Figura 20 I dati che stato possibile reperire per questo caso si riferiscono alla sperimentazione dello stesso svolta dal gestore nel periodo di tempo compreso tra il luglio 2004 e il dicembre 2006 L impianto di fitodepurazione analizzato si presenta come un cla
22. dell acqua e dei sedimenti esercita una forte influenza sulla direzione di molte reazioni incluse le trasformazioni biologiche e sulla separazione delle forme ionizzate e non ionizzate di acidi e basi scambio cationico solubilit di gas e parti solide 5 3 PROCESSI FISICI Tra i processi fisici che gli impianti a fitodepurazione sfruttano si possono annoverare la filtrazione meccanica e la deposizione di sostanze per sedimentazione dal momento che la velocit dell acqua sufficientemente bassa da permettere ai solidi sospesi spesso associati a nutrienti ed altri inquinanti di depositarsi Di seguito si riporta la descrizione dei principali inquinanti messi in correlazione con i meccanismi di rimozione in un impianto di fitodepurazione tradizionale Tabella 2 Introduzione alla fitodepurazione 13 di 79 INQUINANTI MECCANISMI DI RIMOZIONE Materia organica Degradazione batterica aerobica e anaerobica misurata come BOD Adsorbimento sedimentazione volatilizzazione evaporazione fotosintesi degradazione biotica abjotica re Sedimentazione Ammonificazione nitrificazione denitrificazione Azoto Assorbimento radicale Adsorbimento assorbimento nel substrato Adsorbimento Fosforo assorbimento radicale Precipitazione Sedimentazione filtrazione predazione degradazione con UV adsorbimento morte naturale azione degli antibiotici emessi dalle radici Adsorbimento Complessazione Metalli pesanti Precipitazi
23. depurati con impianti di tipo chimico fisici e o impianti ad ossidazione impianti a fanghi attivi impianti a biodischi con biomasse adese le cui caratteristiche non soddisfano i limiti imposti dalla normativa italiana ed europea per quanto riguarda l abbattimento del fosforo dell azoto di metalli pesanti e di sostanze organiche che hanno tempi di biodegradabilit lenti e necessitano quindi di tempi di ritenzione pi lunghi Gli impianti di fitodepurazione possono inoltre essere utilizzati per fornire un azione tampone agli eventuali malfunzionamenti degli impianti tecnologici ovvero come processi che permettano un affinamento della qualit microbiologica e chimica dei reflui Secondo un recente censimento in Europa sono attualmente in funzione circa 5 600 impianti di fitodepurazione uniformemente distribuiti La Germania l Austria e il Regno Unito sono le aree dove si registra la maggiore concentrazione di tali soluzioni impiantistiche Nei Paesi del Nord Europa Germania Austria Regno Unito Danimarca Norvegia con climi freddi e inverni rigidi vengono utilizzati principalmente impianti di fitodepurazione a flusso verticale Nei Paesi dell Europa mediterranea sono pi diffusi gli impianti di fitodepurazione a flusso orizzontale In Italia alcune fonti riportano la presenza di circa 100 impianti di fitodepurazione con una netta prevalenza di quelli a flusso orizzontale Altre fonti indicano una presenza maggiore pari a circa 250 impi
24. diffusione nel liquame sia indirettamente attraverso il rilascio del gas da parte delle radici delle elofite o dall attivit fotosintetica di microfite e pleustofite Nei sistemi a flusso sub superficiale l efficienza di rimozione risulta sensibilmente maggiore rispetto alle altre tipologie di impianti di fitodepurazione grazie alla presenza Introduzione alla fitodepurazione 14 di 79 di un elevata area di contatto tra liquame e il film batterico adeso alla superficie del medium La degradazione anaerobica predomina su quella aerobica quando la quantit di ossigeno viene ad essere limitante ad esempio in presenza di alti carichi organici o in relazione all elevata profondit del letto sommerso Poich questo processo legato all attivit batterica esso dipende fortemente dalle condizioni climatiche e quindi dalla temperatura del liquame sistemi a flusso sub superficiale risultano essere sotto questo aspetto i stabili in quanto lo strato di ghiaia e la lettiera sovrastante il flusso idrico agiscono da coibentante mantenendo la temperatura interna sempre superiore agli 0 C anche quando all esterno la temperatura dell aria risulta di molto inferiore Nelle acque reflue l azoto pur potendo essere presente in varie forme chimiche che corrispondono ai diversi stati di ossidazione dell elemento compare in percentuale maggiore sotto forma di ammoniaca composti azotati derivano dalla demolizione delle proteine presenti nei liqua
25. e diverse dimensioni ae abitante equivalente espresse in euro m anno Si noti come gli impianti di fitodepurazione sia a flusso orizzontale HF che verticale VF siano particolarmente competitivi rispetto ai depuratori a fanghi attivi soprattutto per quanto riguarda i costi di gestione Tabella 15 Introduzione alla fitodepurazione 43 di 79 12 LA FITODEPURAZIONE ARTIFICIALE 12 1 FITODEPURAZIONE ARTIFICIALE NUOVA TECNICA DI TRATTAMENTO Come gi accennato in precedenza il maggior inconveniente degli impianti di fitodepurazione che gli stessi per garantire delle buone efficienze depurative devono essere costruiti dedicando circa 5 7 m di superficie per abitante equivalente prendendo in considerazione i sistemi a flusso sommerso orizzontale e cio quelli che offrono il miglior rapporto tra funzionalit e difficolt di gestione Negli ultimi anni si cominciato a costruire gli impianti di fitodepurazione sostituendo il letto di materiale inerte ghiaia sabbia e quant altro con un materiale attivo chiamato Zeolite e utilizzando come piante radicate macrofite emergenti microrizzate appositamente prodotte in vivaio Questo tipo di impianti vengono descritti nel brevetto italiano n 0001331145 del 06 dicembre 2005 avente come titolo Fitodepurazione Artificiale Questo sistema brevettato dal Chimico Industriale Dott Giovanni Battista Marchello incrementa la capacit depurativa del sistema riducendo drasticam
26. e e e e e e e e e Grafico 1 Introduzione alla fitodepurazione 5A di 79 mg Pleschwirt NH N e Inlet _ Outlet VFI Outlet VF2 250 200 01 06 02 01 08 02 01 10 02 01 12 02 01 02 03 01 04 03 01 06 03 01 08 03 01 10 03 01 12 03 01 02 04 01 04 04 01 06 04 Grafico 2 Pleschwirt Fecal coliforms e Inlet m Outlet VFI Outlet VF2 1 0E 09 1 0E 08 1 0E 07 1 0E 06 1 0E 05 1 0E 04 1 0E 03 1 0E 02 1 0E 01 1 0E 00 01 06 04 8 01 06 02 01 08 02 01 10 02 01 12 02 01 02 03 01 04 03 01 06 03 01 08 03 01 10 03 01 12 03 01 02 04 01 04 04 Grafico 3 Nell interpretare i grafici si deve tenere conto del fatto che la cella di fitodepurazione a flusso sommerso verticale a funzionamento discontinuo Da notare inoltre che l ordinata del grafico che rappresenta l andamento della concentrazione degli Escherichia Coli in ingresso e in uscita dall impianto in scala logaritmica 13 2 FISCHERHOF RESTAURANT AND SANATORIUM A Fischerhof in Austria e precisamente nella regione di carinzia nella valle di Gurk presente un ristorante un agriturismo ed una pensione di ricovero per persone portatrici di handicap Gli ospiti arrivano principalmente durante i fine settimana quando il ristorante funziona a pieno ritmo Fischerhof possiede inoltre un attivit di produzione casalinga di carni che derviano dagli animali allevati in loco Introd
27. essere come prescritto dalle norme vigenti Nei sistemi a flusso superficiale la vegetazione deve essere periodicamente sfalciata La biomassa deve essere smaltita altrove in genere una volta l anno Negli altri sistemi non necessario lo sfalcio n la rimozione della biomassa salvo casi particolari Nei sistemi a flusso sommerso ed in particolar modo in quelli orizzontali importante che il refluo non emerga mai sulla superficie creando ristagni il verificarsi di una tale eventualit sarebbe indice di un corto circuito idraulico che pu avvenire soprattutto nella zona di ingresso a causa di una non corretta progettazione In questi casi opportuno rivedere il dimensionamento dell impianto Per ottenere un adeguata depurazione delle acque reflue il filtro deve essere alimentato con una quantit d acqua non superiore a quella derivante dai reflui degli abitanti equivalenti per cui l impianto stato dimensionato Un temporaneo sovraccarico comunque non ne disturba il funzionamento Introduzione alla fitodepurazione 40 di 79 Un possibile schema di controllo e manutenzione per un impianto di fitodepurazione rappresentato in Tabella 14 Operazioni Frequenza minima Controllo del sistema di distribuzione del refluo Controllo del sistema di raccolta e scarico Controllo del livello idrico delle vasche SSF H Verifica di funzionalit delle eventuali apparecchiature elettromeccaniche Controllo della corretta funzionalit dei p
28. nel grafico esposto nella Figura 4 vengono mostrati i costi unitari di costruzione di un impianto di fitodepurazione a flusso orizzontale Fh e a flusso verticale Fv per un ipotesi di oneri di esproprio pari a 20 m Nella stima dei costi effettuata non sono state computate le voci relative all allacciamento fognario elettrico e allo scarico gli espropri e le spese tecniche Introduzione alla fitodepurazione 8 di 79 l fitodepurazione verticale fitodepurazione orizzontale 400 350 300 250 200 150 100 50 costo unitario a e utenza a e Figura 4 Gli Stati Uniti hanno da sempre preferito orientarsi verso i sistemi a flusso superficiale data la grande disponibilit di spazio In Europa al contrario la tendenza e quella di usare una combinazione dei due tipi con preferenza per per i sub superficiali che richiedono minori superfici Introduzione alla fitodepurazione 9 di 79 4 APPLICAZIONI La fitodepurazione rappresenta un metodo semplice di trattamento secondario delle acque di scarico applicabile sia a scarichi di tipo domestico sia ad alcune tipologie di scarico industriali o produttive compreso il percolato di discarica e le acque di lavaggio di strade e autostrade Pu inoltre rappresentare un sistema terziario di finissaggio per un ampia variet di acque reflue gi precedentemente trattate con metodi differenti trattamenti terziari sono generalmente applicati a reflui precedentemente
29. questa tecnica legata alla possibilit di ottenere elevati standard qualitativi negli effluenti a costi di costruzione e soprattutto di gestione pi bassi rispetto quelli previsti per le tecnologie tradizionali Introduzione alla fitodepurazione 2 di 79 2 VANTAGGI E APPLICAZIONI Il successo dei sistemi di fitodepurazione imputabile a fattori economici e pratici Se non vi sono grandi differenze nei costi di realizzazione rispetto alla depurazione tradizionale lo stesso non si dire per i costi di esercizio e manutenzione Il funzionamento di questo tipo di impianti non necessita di un utilizzo massiccio e costante di energia elettrica e la manutenzione degli stessi limitata a periodici controlli pu essere eseguita da personale anche non specializzato La sola fonte di energia esterna necessaria spesso solo quella solare la tendenza infatti quella di minimizzare al massimo l utilizzo di pompe idrauliche Gli impianti di fitodepurazione sono sistemi molto flessibili che rispondono bene alle variazioni di carico organico e idraulico e possono essere concepiti come moduli aggregabili a seconda delle esigenze del caso Il loro impatto sul paesaggio nullo se non addirittura positivo Questo comporta la rapida accettazione vista anche la loro funzionalit da parte dell opinione pubblica In ultima analisi quelle della fitodepurazione sono tecniche in grado di diminuire decisamente l effetto antropico sull ambiente
30. reflue Sono sostanzialmente sistemi di tipo biologico in cui avvengono complesse interazioni chimiche e microbiologiche Le soluzioni impiantistiche che possono essere adottate per il trattamento secondario e o terziario di acque inquinate dipendono sostanzialmente dai seguenti fattori natura dei reflui da trattare in termini chimici e fisici obiettivi di depurazione prescelti disponibilit di spazio inserimento ambientale Sebbene gli impianti di fitodepurazione siano semplici da progettare da un punto di vista ingegneristico gli stessi sono ecosistemi complessi se considerati da un punto di vista ecologico Il progettista dovr quindi possedere una certa familiarit sia con nozioni di ingegneria idraulica che con i processi fisici chimici biologici e con le interazioni ecologiche tipiche di questi ambienti Step importante prima ancora del progetto preliminare la definizione degli obiettivi che si vuole perseguire con la realizzazione di un impianto di fitodepurazione Obiettivo principale quello di definire parametri qualitativi per la qualit dell acqua vedere Tabella 7 Per il trattamento di acque reflue civili o industriali gli obiettivi dipenderanno in primo luogo dal corpo idrico recettore nel caso di recapito in acque superficiali e dalla tipologia di suolo e della falda nel caso di sub irrigazione Nel caso invece l acqua finale voglia essere riutilizzata bisogner considerare la destinazione d uso domestico
31. 0 7 59 10 0 6 40 1 6 0 5 69 Solfati mg l 100 96 4 65 67 3 90 77 14 Cloruri mg l 93 66 29 70 79 12 101 105 4 Cromo Totale mg l 0 09 0 05 48 0 05 0 03 41 0 06 0 03 44 Solidi sospesi totali SST mg l 49 8 84 17 5 71 25 8 68 Solidi sedimentabili ml l 0 0 0 0 0 0 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 100 000 7 000 93 23 000 4 000 83 50 000 8 000 84 Tabella 26 fase Qin 20 m d 100 S 0 5 IV fase da maggio Qin 24 m d 120 S 0 42 Introduzione alla fitodepurazione 67 di 79 DATA CAMPIONAMENTO 05 07 2005 06 07 2005 30 08 2005 31 08 2005 27 09 2005 28 09 2005 PARAMETRI IN OUT abbattimento mw ou abbattimento mw our abbattimento Aspetto limpido limpido limpido limpido limpido limpido Colore non percettibile 1 4 1 4 TQ TQ 1 10 1 8 7 2 7 4 7 3 7 3 15 72 COD mg l 59 32 46 39 22 44 56 43 23 5 mg l 8 4 50 5 4 20 4 4 0 Azoto Nitroso N NO mg l 03 0 02 95 0 1 0 09 10 0 3 0 10 67 Nitrico N NO mg l 32 03 90 6 2 42 32 7 7 27 65 Azoto ammoniacale N NH mg l 32 20 38 2 0 20 0 3 0 20 33 Azoto Organico N mg l 2 8 0 8 71 55 29 47 2 6 12 54 TKN N Norganico N NH mg l 6 0 0 9 85 6 3 3 0 52 5 6 13 77 Azoto Totale mg l 9 5 5 0 47 12 6 78 42 13 6 50 63 Fosforo Totale mg l 12 0 5 58 0 6 0 5 17 12 07 42 Tensioattivi non ionici BIAS mg l 0 6 1 17 0 5 0 40 0 4 0 75 Tensioattivi anionici MBAS mg l 0 5 0 5 0 0 5 04 20 0 5 0 5 0 TENSIOAT
32. 12 e Figura 13 La scelta della configurazione deve essere basata su una chiara comprensione degli obiettivi selezionati sulla qualit dell acqua in ingresso sulla qualit ricercata dell acqua in uscita sul regime idraulico che dovr sopportare l impianto e su una valutazione preliminare del sito Il principale vantaggio di una disposizione delle celle in parallelo la flessibilit del funzionamento poich ogni singola cella pu facilmente essere esclusa dal flusso in caso di guasto della stessa In questi casi occorre assicurarsi che durante la realizzazione avvenga una adeguata suddivisione del flusso il quale non deve essere complesso e deve essere sempre proporzionato alle dimensioni delle celle Il principale vantaggio di una disposizione delle celle in serie la riduzione delle possibilit di avvento del corto circuito idraulico Altri vantaggi includono possono essere la possibilit di favorire il riciclo tra le singole celle e di separare fisicamente le zone di trattamento per ogni inquinante es la rimozione della materia organica potr precedere la rimozione dell azoto e cosi via Introduzione alla fitodepurazione 32 di 79 Le celle in serie possono essere progettate in modo tale che la rimozione della materia organica avvenga nel primo letto Il refluo potr in seguito essere riaerato tra i due letti in modo da favorire la nitrificazione nel secondo letto la denitrificazione nel terzo letto e cosi via
33. 4 riempimento ingresso ingresso lt 4 Substrato 16 32 50mm d gt 0 3 mm 4 8 mm principale principale 3 32 mm 4 8 4 mm Permeabilit Kf 107 10 Kf 10 Kf 10 m s m 1210 substrato m s 3 10 m s Carico 4 cm d 5 2 lt 5 cm d idraulico 3 lt 20 cm d superficiale organico profondit 0 45 6 0 8m 6m 0 75m Legenda 1 trattamento primario filtrazione e sedimentazione 2 trattamento secondario biologico 3 trattamento terziario finissaggio microbiologico denitrificazione Tabella 12 Criteri di dimensionamento preliminare di un sistema a flusso orizzontale Introduzione alla fitodepurazione 36 di 79 DIMENSIONAMENTO SISTEMI A FLUSSO SOMMERSO ORIZZONTALE CON MACROFITE RADICATE Un criterio pi preciso utilizza la seguente equazione per la determinazione dell area superficiale ampiamente diffusa in Europa proposta inizialmente da Kickuth e consigliata dall European Design and Operations Guidelines EC EWPCA 1990 A Qi InC InC Dove area superficiale m portata media giornaliera del refluo m d valore medio del in entrata mg l valore medio del richiesto in uscita mg l costante m d In letteratura sono proposti diversi valori di Kgoo il quale varia anche a seconda della temperatura o del tipo di trattamento ottenendo cosi per gli stessi dati di partenza superfici che variano da 0 5 a 5 m ab eq L equazion
34. 480 een 8 16 35 38 500 800 32 128 40 45 1200 1500 Tabella 10 Caratteristiche di alcuni tipici medium di riempimento usati per impianti a flusso sommerso primi impianti a flusso sommerso orizzontale venivano progettati usando la terra conducibilit idraulica 0 86 m d come medium di riempimento Si pensava che questa avrebbe nel giro di 2 o 3 anni aumentato la sua conducibilit idraulica col crescere delle piante e delle radici Al contrario invece si osservato che in questi impianti si creavano zone con un flusso superficiale e con ristagni d acqua proprio a causa della scarsa permeabilit oltre a zone prive di acqua in cui la vegetazione stentava a crescere Al giorno d oggi internazionalmente accettato l uso di ghiaia e sabbia come materiale di riempimento In particolare negli impianti a flusso orizzontale consigliabile usare del pietrisco di almeno 50 100 mm per evitare fenomeni di intasamento in ingresso e in uscita Nei sistemi a flusso verticale di tipo anglosassone si utilizza sabbia media 0 3 mentre in quelli di tipo tedesco ghiaia grossolana 8 16 mm preferibilmente di fiume Tale sabbia deve essere lavata per evitare che gli elementi fini intasino gli interstizi interparticolari Nei sistemi anglosassoni viene spesso previsto uno strato di ghiaia 5 15 mm proprio sulla superficie del letto per favorire la distribuzione dell effluente Al Centro per le Tecnologie Alternative CAT
35. 50 64 Fosforo Totale mg l 0 6 0 6 5 0 8 0 6 25 05 0 5 0 Tensioattivi non ionici BIAS mg l 12 0 3 75 2 0 03 85 0 6 03 50 Tensioattivi anionici MBAS mg l 0 6 0 5 17 0 7 0 5 29 0 5 0 3 40 TENSIOATTIVI TOTALI mg l 1 8 0 8 56 2 7 0 8 70 11 0 6 45 Solfati mg l 66 62 6 65 59 9 52 55 6 Cloruri mg l 102 100 2 ul 107 4 84 82 2 Cromo Totale mg l 0 07 0 03 54 0 05 0 03 32 0 05 0 03 38 Solidi sospesi totali SST mg l 24 6 75 16 6 63 16 1 94 Solidi sedimentabili ml l 0 0 0 0 0 05 0 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 100 000 18 000 82 140 000 12 300 91 62 000 7 000 89 Tabella 29 VI fase Qn 36 m d 180 S 0 28 m DATA CAMPIONAMENTO 20 06 2006 21 06 2006 07 08 2006 08 08 2006 27 09 2006 28 09 2006 PARAMETRI IN OUT abbattimento m ou abbattimento m our abbattimento Aspetto limpido limpido limpido limpido limpido limpido Colore non percettibile 12 TQ TQ TQ TQ TQ PH 153 73 7 0 7 5 7 6 TA COD mg l 115 31 73 35 30 14 26 25 4 5 mg l 33 5 85 4 5 25 S 4 33 Azoto Nitroso N NO mg l 02 0 04 80 0 1 0 06 40 0 3 0 08 70 Azoto Nitrico N NO mg l 2 5 04 84 13 6 1 6 88 6 4 L7 73 Azoto ammoniacale N NH mg l 144 20 86 2 0 20 0 2 0 20 0 Azoto Organico mg l 6 6 2 6 61 1 7 1 7 0 0 7 1 2 71 TKN N Norganico N NHy mg l 21 0 46 78 3 7 3 0 2 7 32 19 Azoto Totale mg l 257 5 0 79 17 4 54 69 94 50 47 Fosforo Totale mg l 1 9 0 5 74 i55 0 7 53 0 5 0 5 0 Tensioatti
36. 6 mar a6 ago set Grafico 16 Grafico 17 Introduzione alla fitodepurazione 70 di 79 Solidi Sospesi Totali our VALORELIMITE 1ug 04 set 04 ott 04 nov 04 dic 04 gen 05 mar 05 apr 05 mag 05 1ug 05 ago 05 set 05 ott 05 nov 05 gen 06 mar 06 apr 06 eiu 06 ago 06 set 06 Escherichia coli UFC 100m Grafico 18 Grafico 19 Oltre ai dati sopra riportati sono state raccolte anche documentazioni relative all assorbimento di metalli pesanti da parte della macrofita in questione Phragmites A La raccolta di tale documentazione stata possibile analizzando i materiali presenti all interno delle macrofite sfalciate in vari periodi dell anno cos come riportato nelle tabelle sottostanti e confrontandole con piante dello stesso tipo cresciute in un ambiente privo di inquinanti m PRIMO SFALCIO m SECONDO SFALCIO gm MATERIALE RACCOLTO m Parti utilizzate per la determinazione dei metalli m CAMPIONE DI RIFERIMENTO 1 MARZO 2006 avviamento luglio 2004 16 GENNAIO 2007 100 Kg foglie e fusto parti aeree phragmites a della stessa et urigate in vaso con H O potabile Tabella 31 Le analisi di laboratorio condotte sui campioni analizzati hanno evidenziato i se
37. ALI mg l 2 6 2 3 12 23 20 13 L5 12 20 Solfati mg l 43 40 7 68 49 28 89 82 8 Cloruri mg l 68 75 10 101 78 23 159 138 13 Cromo Totale mg l 0 04 0 02 50 0 03 0 01 67 0 04 0 03 29 Solidi sospesi totali SST mg l 8 2 75 3 2 33 5 5 0 Solidi sedimentabili ml l 0 0 0 0 0 0 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 5 200 1 800 65 13 500 1 800 87 6 000 800 87 Tabella 24 1 fase Qin 8 m d A E 40 1 25 m Introduzione alla fitodepurazione 66 di 79 DATA CAMPIONAMENTO 05 11 2004 08 11 2004 01 12 2004 03 12 2004 19 01 2005 21 01 2005 PARAMETRI IN OUT abbattimento IN OUT abbattimento IN OUT abbattimento Aspetto limpido limpido limpido limpido limpido limpido Colore non percettibile TQ TQ 1 3 1 3 1 2 1 2 77 7 9 71 7 5 7 1 72 COD mg l 55 26 53 40 30 25 58 36 38 BOD 5 mg l 6 2 67 1 3 200 6 3 50 Azoto Nitroso N NO mg l 0 3 0 02 93 0 3 0 02 93 11 0 05 95 Azoto Nitrico N NO mg l 42 2 8 33 8 2 5 5 33 4 7 3 1 34 Azoto ammoniacale N NH mg l 82 0 100 0 2 0 100 5 0 0 1 98 Azoto Organico N mg l 2 5 0 100 34 1 6 48 49 3 1 37 TKN N Norganico N NH mg l 10 7 0 100 3 3 1 6 52 99 3 1 69 Azoto Totale Ni mg l 152 27 82 1L8 TE 40 157 63 60 Fosforo Totale mg l 0 5 0 4 20 0 5 0 3 40 0 5 0 6 20 Tensioattivi non ionici BIAS m
38. Figura 12 Celle in serie Figura 13 Celle in parallelo Una combinazione di percorsi di celle in serie e in parallelo sicuramente la scelta ottimale L unico svantaggio di questo tipo di scelta rappresentato dai costi aggiuntivi che dovranno essere previsti per gli scavi per le strutture di ingresso e di uscita dell impianto e per la distribuzione del flusso dei reflui 8 DIMENSIONAMENTO Nonostante la semplicit tecnologica degli impianti di fitodepurazione le variabili da considerare per la loro corretta esecuzione sono varie e non sempre direttamente valutabili Vista la presenza di aspetti impiantistici biologici e paesaggistici differenti consigliabile che la progettazione venga condotta da professionisti provenienti da diversi settori naturalistico biologico ingegneristico chimico geologico sempre molto riduttivo affidarsi completamente ad un approccio basato esclusivamente sul dimensionamento superficiale m per abitante equivalente Ci pu risultare tuttavia utile per un primo dimensionamento di massima e come verifica finale Non bisogna Inoltre dimenticare che la prima domanda che dobbiamo porci quando iniziamo a progettare un impianto di fitodepurazione Qual l obiettivo che vogliamo raggiungere Si riportano di seguito le principali fonti internazionali a cui fare riferimento per il dimensionamento degli impianti di fitodepurazione dalle quali sono stati estrapolati i dati di seguito riporta
39. IAS mg l 0 5 0 2 60 0 6 0 2 67 0 5 0 2 60 Tensioattivi anionici MBAS mg l 0 5 0 5 0 10 0 6 40 0 7 0 6 14 TENSIOATTIVI TOTALI mg l 10 0 5 50 1 6 0 6 63 12 0 6 50 Solfati mg l 76 68 11 95 85 11 104 90 13 Cloruri mg l 124 111 10 171 151 12 132 124 6 Totale mg l 0 043 0 04 19 0 05 0 03 42 0 06 0 03 45 Solidi sospesi totali SST mg l 14 7 50 25 7 72 15 5 67 Solidi sedimentabili ml l 0 0 0 05 0 0 0 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 400 000 40 000 90 5 000 000 300 000 94 85 000 9 000 89 Tabella 28 VI fase Qi 36 m d 180 S 0 28 m Introduzione alla fitodepurazione 68 di 79 DATA CAMPIONAMENTO 01 03 2006 02 03 2006 04 04 2006 05 04 2006 16 05 2006 17 05 2006 PARAMETRI IN OUT abbattimento IN OUT abbattimento IN OUT abbattimento limpido limpido limpido limpido limpido limpido Colore non percettibile 1 4 1 2 1 5 1 3 1 5 125 TA 7 5 73 72 73 TA mg l 72 42 42 61 36 41 60 30 50 5 mg l 10 4 60 6 4 33 4 5 25 Azoto Nitroso N NO mg l 0 2 0 02 90 0 3 0 02 94 0 1 0 03 75 Azoto Nitrico N NO mg l 22 02 90 3 6 04 89 54 03 94 ammoniacale N NH mg l 9 0 2 0 78 79 2 0 75 3 3 2 0 39 Azoto Organico N mg l 41 24 49 41 2 6 37 49 24 51 TKN N Norganico N NH mg l 13 1 29 78 12 0 3 5 71 82 3 8 54 Azoto Totale Nio mg l 158 3 1 80 15 9 5 0 69
40. In questi sistemi si dovr per porre attenzione al verificarsi di problemi di intasamento del medium clogging Trattamenti preliminari Allo scopo di ridurre i rischi di intasamento del medium ad opera dei solidi grossolani o sedimentabili presenti nel refluo necessario inserire a monte dell impianto comparto per la sedimentazione che non deve per permettere l innesco di processi di degradazione anaerobica Tali processi sono infatti difficilmente gestibili nell impianto a causa degli odori sgradevoli e degli animali che vi si possono sviluppare Nelle vasche Imhoff tradizionali i processi di fermentazione anaerobica si instaurano sempre a causa dell elevato tempo medio di ritenzione del refluo all interno delle stesse All interno di vasche settiche a due o tre camere nelle quali il tempo medio di ritenzione pi contenuto invece possibile ottenere un liquame fresco chiarificato in cui non sono ancora evidenti i segni del processo anaerobico Se la composizione degli scarichi lo richiede a monte della fitodepurazione possono essere adottati anche trattamenti di grigliatura dissabbiatura e disoleazione Strutture di ingresso e uscita Aspetti importanti per la funzionalit di un impianto di fitodepurazione sono rappresentati dal sistema di distribuzione del liquame e dalla regolazione del suo livello all interno del letto In un sistema a flusso sommerso orizzontale il liquame in entrata pu essere distribuito in
41. Introduzione alla FITODEPURAZIONE Sintesi informativa a cura dell Autorit d Ambito n 2 Biellese Vercellese Casalese Marzo 2008 Indice 1 INTRODUZIONE ee X sd ca ku ceri aic cla nd 2 2 22 2 2 22 nni n cuir cir i iie en nir dec 3 9 TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE 4 4 APPLICAZIONI alia 10 5 MECCANISMI DI RIMOZIONE DEGLI INQUINANTI nennen 11 Did RPROCESSIBIOLOGIC irreali 12 5 2 PROGESSICHIMIO i Leone 13 252 PROGESSIFISICI ana AAA ia 13 6 SPECIEVEGETALI acini 18 6 1 LA FUNZIONE DELLA VEGETAZIONE indu d aiu d rd v Red pra 19 6 2 SCELTA DELLA seriei dap etas el eds epos edt 22 6 3 PROPAGAZIONE DELLA 2 24 64 GESTIONE DELTA VEGETAZIONE 25 T PROGETTAZIONE 26 7 1 GUIDA ALLA PROGETTAZIONE px qtd bang dd 26 DIMENSIONAMENTO 33 GESTIONE E MANUTENZIONE 2 2 niano neni srm ride n cid ge kd a oe ido rani 40 10 CASPETTISANITARI latini rides 41 Fig esci ricca 42 12 LA FITODEPURAZIONE ARTIFICIALE eere 0 44 12 1 FITODEPURAZIONE ARTIFICIALE NUOVA TECNICA DI pP rr EE 44 122 LEZEOLITI CARATTERISTICHE GENERALI E APPLICAZIONI 46 12 3 MICORRIZE E
42. Quale mg l 454 13 8 13 5 93 80 Fosforo Totale mgl 6 1 06 0 5 0 5 92 Tensioattivi non ionici BIAS mg l 17 10 0 7 0 1 94 Tensioattivi anionici MBAS mg l 3 8 0 5 0 3 04 89 TENSIOATTIVI TOTALI mg l 55 L5 1 0 0 5 91 Solfati mgl 77 50 58 51 34 Cloruri mg l 46 44 42 61 Cromo Totale mg l 0 232 0 025 0 03 0 03 89 Solidi sospesi totali mg l 800 38 9 1 100 Solidi sedimentabili mil 13 0 0 0 100 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 8 300 15 000 Tabella 34 Abbattimento Azoto e Fosforo 2 IMPIANTO FITODEPURAZIONE OUT FITO OUT IN OUT IN OUT ABB 13 12 2006 23 01 2007 24 01 2007 24 01 2007 25 01 2007 Q Q 30m d Aspetto torbido limpido limpido torbido leggermente torbido limpido limpido Odore caratteristico inodore inodore caratteristico inodore inodore inodore Colore non percettibile TQ TQ TQ PH 7 1 ve 7 0 69 mg l BOD5 mg l Azoto Nitroso N NO2 mg l Azoto Nitrico N NO3 mg l Azoto ammoniacale N NH4 mg l Azoto Organico N mg l N Norganico N NH4 mg l Azoto Totale Tal Quae 20 5 130 96 5 3 74 Fosforo Totale me 29 09 05 05 83 Tensioattivi non ionici BIAS mg l ensioattivi anionici MBAS mg l TENSIOATTIVI TOTALI mg l Solfati mg l Cloruri mg l Cromo Totale mg Solidi sospesi totali mg l Solidi sedimentabili ni 3 0 1 0 0 pomowcn Tabella 35 Abbattimento Azoto e Fosforo 3 Introduzione alla fitodepurazione
43. TIVI TOTALI mg l 11 10 9 10 0 7 30 09 0 6 33 Solfati mg l 62 50 19 42 40 5 75 69 Cloruri mg l 82 80 2 79 81 3 102 102 0 Cromo Totale mg l 0 04 0 03 23 0 03 0 03 0 0 04 0 03 18 Solidi sospesi totali SST mg l 17 4 76 3 2 33 10 ti 10 Solidi sedimentabili ml l 0 0 0 0 0 0 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 30 000 17 000 43 25 000 17 000 32 60 000 30 000 50 Tabella 27 V fase Qin 30 m d 150 S 0 33 m Con questi dati di partenza stato monitorato il comportamento dell impianto di fitodepurazione in base ai diversi carichi ottenendo i grafici sotto riportati DATA CAMPIONAMENTO 25 10 2005 26 10 2005 A 29 11 2005 30 11 2005 24 01 2006 25 01 2006 PARAMETRI IN OUT abbattimento m ou abbattimento mw ou abbattimento Aspetto limpido limpido limpido limpido limpido limpido Colore non percettibile 1 3 1 3 1 13 1 10 1 12 1 10 PH 72 7 0 7 6 7 5 7 3 7 3 mg l 57 3l 46 87 40 54 86 50 42 BOD 5 mg l 4 4 0 12 4 67 8 4 50 Azoto Nitroso N NO mg l 0 3 0 03 90 0 9 0 09 91 0 2 0 04 78 Azoto Nitrico N NO mg l 6 7 34 49 45 1 7 62 3 9 0 3 92 Azoto ammoniacale N NH mg l 41 2 0 51 140 2 0 86 1 6 20 83 Azoto Organico mg l 33 16 52 42 26 38 40 24 40 TKN N Norganico N NHy mg l 7 4 2 0 73 18 2 2 9 84 15 6 33 79 Azoto Totale No mg l 14 4 54 63 23 6 5 0 79 197 3 6 82 Fosforo Totale mg l 0 9 07 22 7 10 41 14 10 29 Tensioattivi non ionici B
44. Valori delle costanti e coefficienti di temperatura Reed 1995 Parametro Rimozione Nitrificazione Denitrificazion BOD e 0 678 02187 1000 aa 106 1 48 1 15 Per i sistemi flusso sommerso invece i criteri sono sostanzialmente pi complessi Gli elementi che dovranno essere considerati nell analisi sono determinazione del tipo di sistema idraulico orizzontale verticale o misto scelta del pretrattamento scelta del medium di riempimento e costante di permeabilit scelta delle essenze vegetali determinazione della profondit del letto determinazione dell area trasversale Introduzione alla fitodepurazione 35 di 79 determinazione dell area superficiale necessaria alla rimozione del determinazione dell area superficiale necessaria alla rimozione dell azoto carico idraulico superficiale tempo di permanenza verifica idraulica Sistemi a flusso sommerso orizzontale con macrofite radicate emergenti Anche in questo caso esiste la possibilit di un dimensionamento preliminare per approssimazione Riportiamo nella Tabella 12le indicazioni contenute nelle principali linee guida e manuali internazionali parametri Crites Vymazal WRC Cooper Tchob 25m lae 2 5 m a e 5 m a e valore 2 3 1 2 3 0 5 1m a e minimo superficiale totale 20 m Materiale Uz d yd lt 5 Ghiaia Ghiaia Ghiaia lavata Ghiaia lavata 4
45. a porzione definibile come cationica idrata mobile Infatti senza alcuna o con minima variazione della porzione rigida la porzione mobile pu essere modificata in seguito a due tipi di processi praticamente reversibili all infinito a l acqua pu essere rimossa per semplice riscaldamento al di sotto di 300 C disidratazione o attivazione e successivamente riacquistata reidratazione Introduzione alla fitodepurazione 48 di 79 in seguito a raffreddamento in ambiente atmosferico o sostituita da altre molecole a polarit naturale o indotta purch di diametro cinetico inferiore al diametro libero dei canali adsorbimento selettivo o setacciamento molecolare le zeoliti disidratate offrono infatti un ampia superficie interna 600 800 m per grammo di sostanza raggiungibile attraverso finestre di dimensioni fisse il che consente straordinarie propriet catalitiche oltre alla gi citata reidratazione e al setacciamento molecolare b possibile assorbire selettivamente gas specifici La selettivit determinata dalla dimensione dei canali che specifica per ogni tipo di zeolite Questi materiali possono quindi agire da setacci molecolari molecular gas sieves Gli stessi vengono utilizzati in processi che preveono l assorbimento di ammoniaca H2S CO 5 gt O2 HCHO Alcune zeoliti hanno il 45 50 di spazio vuoto al loro interno ed un area superficiale di circa 500 m g per cui possono
46. acque reflue in agricoltura 10 maggio 2000 Bologna Vismara amp Ghetti P F 1995 Sistemi naturali di depurazione Campo di applicazione e limiti raccolta di materiale didattico della FAST Milano Vismara R Egaddi F Garuti G Pergetti M Pagliughi A 2000 Linee guida per il dimensionamento degli impianti di fitodepurazione a macrofite radicate emergenti gli esempi internazionali ed una proposta italiana Ingegneria Ambientale 29 3 4 164 176 Volterra L Mancini L 1994 Fitodepurazione e riuso successivo delle macrofite Ambiente Risorse Salute 26 30 36 Vretare V amp Weisner S E B 2000 Influence of pressurized ventilation on performance of an emergent macrophyte Phragmites australis Journal of Ecology 88 6 978 987 Vymazal J Brix H Cooper P F Green M B Haberl R Eds 1998 Constructed wetland for wastewater treatment in Europe Backhuys Publishers Leiden The Netherlands Atti del convegno CORDAR S p A BIELLA SERVIZI del 28 febbraio 2007 Nuovo sistema di Fitodepurazione Artificiale BIBLIOGRAFIA DI APPROFONDIMENTO Bahlo K amp Wach G F 1992 Purification of domestic sewage with and without faeces by vertical intermittent filtration in reed beds in Cooper P F amp Findlater Introduzione alla fitodepurazione 71 di 79 B C Eds Constructed wetlands in Water Pollution Control Proceedings of the International Conference on the use of
47. adicale nei casi pi clamorosi si assistito ad un aumento del 700 Introduzione alla fitodepurazione 50 di 79 dello stesso e nelle ectomicorrize della formazione di un mantello fungino attorno alle radici risultati ottenuti con l instaurarsi della simbiosi tra fungo e pianta sono Incremento delle capacit di assorbimento di acqua macro e micro elementi fosforo in particolare zinco ferro manganese ecc da parte delle radici della pianta con conseguente rapido sviluppo della stessa Capacit di resistenza della pianta a livelli di salinit elevati Insorgenza di un parziale effetto di barriera meccanica nei confronti di funghi patogeni e nematodi Riduzione degli effetti della crisi da trapianto Possibilit di assorbimento da parte della pianta di metalli pesanti tipi di micorrize i microrganismi agronomicamente utili gli inoculi commerciali e i campi di impiego In natura sono presenti due tipi di micorrize che sono Le Ectomicorrize di questo tipo di micorriza sono conosciute circa 5000 specie in grado di colonizzare poche specie di piante quasi tutte forestali conifere latifoglie mentre non colonizzano colture d interesse agrario Le ife crescono tra le cellule radicali e sulla superficie delle radici Queste micorrize cambiano la morfologia delle radici delle piante rendendole facilmente riconoscibili anche senza l ausilio di microscopio Le Endomicorrize sono simbionti obbligati delle p
48. anti con una notevole presenza di realizzazioni a flusso verticale prevalentemente nelle regioni del Nord e Centro Italia La normativa italiana sebbene con ritardo rispetto ad altri Paesi ha riconosciuto con il D Lgs 152 99 oggi sostituito dal D Lgs 152 06 la validit delle tecniche di fitodepurazione in alternativa o in aggiunta agli impianti tradizionali Con particolare riferimento alle piccole utenze civili dove oggi si riscontrano i maggiori problemi ancora irrisolti in fatto di depurazione delle acque reflue la legge prevede l adozione di un impianto di trattamento appropriato ovvero conforme agli obiettivi di qualit ambientali previsti per i corpi idrici recettori Nonostante tale trattamento possa equivalere a seconda dei casi a un primario o a un secondario il legislatore ritiene auspicabile il ricorso a tecnologie di depurazione naturale quali il lagunaggio o la fitodepurazione o tecnologie come i filtri percolatori o impianti a fanghi attivi Un altro elemento di interesse di questo tipo di impianti quello che gli stessi non vengano considerati dalla normativa italiana impianti di depurazione a tutti gli effetti Questo fattore implica che non sia necessario prevedere attorno a questi impianti un area di salvaguardia di 100 m come previsto per gli impianti di depurazione tradizionali permettendo di diminuire ulteriormente gli spazi necessari alla realizzazione di queste strutture 11 vincolo comunque continua a su
49. aree si si Realizzazione si si impianto si si 2 Costi di gestione ordinaria Manutenzione tecnica e programmata delle componenti edili si No Smaltimento dei fanghi di supero si No Manutenzione dell area verde si si Analisi di laboratorio dei principali parametri di inquinamento si si Manutenzione tecnica e programmata delle componenti 5 Minima eventuale Smaltimento dei fanghi primari Eventuale si Consumo di energia elettrica s Minima eventuale Controllo delle erbe infestanti nel processo depurativo No si Sfalcio delle macrofite No si 3 Costi di gestione straordinaria Rigenerazione del substrato di riempimento alla perdita No s della funzionalit Sostituzione delle componenti elettromeccaniche si Minima eventuale Pulizia delle componenti soggette ad intasamento si si Tabella 15 Confronto tra i costi di gestione e manutenzione di un impianto a fanghi attivi e un impianto a flusso sommerso orizzontale HF e verticale VF Introduzione alla fitodepurazione 42 di 79 __ 100 250 500 1000a e 2000 ae LEHRER REMIS DAD ETHER eee Tabella 16 Confronto tra i costi di costruzione per diverse tipologie impiantistiche e diverse dimensioni abitante equivalente espresse in euro m 80ae 100 250ae 500a e 1000 2000 ae Tabella 17 Confronto tra i costi di gestione per diverse tipologie impiantistiche
50. ata risulta pi efficiente ma anche pi robusta e longeva Ci gli consente di sopravvivere ai climi avversi a condizioni pedologiche limite Introduzione alla fitodepurazione 52 di 79 13 ALCUNI CASI DI STUDIO Di seguito vengono riportate alcune esperienze dirette che utilizzano la tecnica della fitodepurazione per varie tipologie di refluo Vengono presentati alcuni casi emblematici che prevedono l utilizzo di questo sistema di trattamento in varie condizioni Nello specifico sono stati presi in considerazione alcuni siti ad alta quota ed un sistema di fitodepurazione industriale utilizzato come finissaggio di un refluo gi precedentemente trattato con impianti di depurazione tradizionali 13 1 PLESCHWIRT Pleschwirt una locanda situata sul monte Pleschkogel in Austria a circa 30 km a nord ovest di Graz capoluogo della Stiria E frequentata da turisti escursionisti soprattutto nei week end Inoltre presente un maneggio Una o due volte l anno si tiene un mercato ippico che conta circa 3000 visitatori Prima dell installazione dell impianto di fitodepurazione le acque reflue venivano trattate in una fossa settica proprietari del maneggio si rifornivano e tutt ora si riforniscono di acqua da una fonte propria La tabella sottostante riporta le caratteristiche principali del sito Altitudine 1020 m s l m Stagione di maggior utilizzo del inverno primavera week end estivi sito Capacit ricettiva ristorazi
51. azione 39 di 79 9 GESTIONE E MANUTENZIONE Al fine di conseguire una corretta funzionalit dell impianto occorre predisporre un programma di gestione e manutenzione adeguato Tale programma dovr analizzare gli aspetti inerenti le attivit di conduzione e controllo le verifiche di funzionalit mediante l analisi di campioni dei liquami e dei reflui depurati lo smaltimento dei fanghi derivanti dal trattamento primario la manutenzione delle eventuali apparecchiature elettromeccaniche es pompe idrauliche la gestione delle macrofite casi di malfunzionamento dell impianto possono essere dovuti a ntasamenti del medium o delle tubazioni di alimentazione o di drenaggio non funzionamento di pompe o sifoni se presenti fuga di solidi dal comparto di pretrattamento sovraccarico idraulico sovraccarico di solidi sovraccarico organico gestione scorretta delle macrofite Nel caso l impianto fosse dotato di un pretrattamento mal gestito il refluo in ingresso al letto potrebbe possedere una forte concentrazione di solidi sospesi che potrebbe andare ad intasare il substrato nei sistemi a flusso sommerso con problemi di odori e di ridotta efficienza depurativa o determinare cattivi odori nei sistemi a flusso superficiale Trattamenti primari come una fossa settica tricamerale o tipo Imhoff devono essere svuotati una o due volte all anno a seconda delle dimensioni fanghi prodotti dovranno poi
52. biente idoneo ai microrganismi che trasformano gli inquinanti e ne riducono la concentrazione Nell ambiente acquatico naturale lo sviluppo eccessivo di formazioni vegetali soprattutto se monospecifiche indice di una elevata condizione trofica eutrofizzazione generata da fenomeni di inquinamento soprattutto organico e da nutrienti composti azotati e fosfati Ci che risulta essere uno stato di degrado dell ecosistema si rivela per gli organismi vegetali una situazione vantaggiosa che incentiva la crescita e la proliferazione di alghe e piante acquatiche esattamente come le mucillagini nel Mar Adriatico Queste si comportano da filtri biologici rimuovendo le sostanze inquinanti dall acqua e contemporaneamente rifornendola di ossigeno Introduzione alla fitodepurazione 19 di 79 Alcune elofite come Phragmites e Typha mediando il trasferimento di ossigeno dalle parti aeree alla rizosfera attraverso la perdita di ossigeno dalle radici stesse incrementano la degradazione aerobica delle sostanze organiche e la nitrificazione Particolarmente utilizzata negli impianti di fitodepurazione la Phragmites Australis che non solo funziona come pompa di ossigeno ma anche in grado di costruire intorno ai suoi fusti un microecosistema molto efficiente in grado di eliminare gli elementi estranei ad esempio microrganismi patogeni Le piante acquatiche hanno la caratteristica di possedere un tessuto spugnoso il parenchima aerifero particola
53. ca priva di luce che corrisponde al fondo del lago ed popolata solo da specie animali appartenenti al macrobenthos zona sopralitorale zona pelagica zona litorale zona bentonica zona profonda i Figura 6 In un ecosistema lacustre le piante acquatiche tendono ad occupare diverse nicchie ecologiche a seconda della profondit dell acqua Nella zona litorale Figura 7 troveremo quindi a partire dall esterno macrofite emergenti o elofite cariceto fragmiteto tifeto giuncaia radicate al fondo con fusto e foglie totalmente emergenti idrofite sommerse potameto e careto radicate al fondo sommerso e presenti solo all interno della massa d acqua idrofite flottanti o pleustofite lemneto e nufareto liberamente natanti sul pelo dell acqua o radicate al fondo ma con le foglie in emersione IDROFITE tifeto fragmiteto giuncaia FLOTTANTI Se scirpeto nufareto lemneto 3 5m potameto MACROFITE careto IDROFITE RADICATE EMERGENTI SOMMERSE Figura 7 Introduzione alla fitodepurazione 18 di 79 Nella zona pelagica vivranno specie fitoplanctoniche come le microfite o microalghe Queste sono organismi unicellulari caratterizzati da un breve tempo di vita e da una rapida crescita Le stesse possono formare colonie molto estese sulla superficie dell acqua ed hanno una notevole capacit di assimilare nutrienti dalla massa idrica Esigono per condizioni di temperatura eleva
54. co es batteri aerobici Nei sistemi a flusso sommerso orizzontale e in quelli a flusso superficiale che sono entrambi ambienti saturi gli interstizi del sedimento e del medium sono riempiti dall acqua e quindi in essi si instaureranno condizioni prevalentemente anaerobiche prive di ossigeno tranne che nelle microzone ossidate adiacenti alle radici delle macrofite Nei sistemi a flusso sommerso verticale gli interstizi del medium sono pieni d aria a causa della distribuzione discontinua del refluo di conseguenza in essi avremo condizioni aerobiche Figura 11 MECCANISMI OSSIDATIVI Ses interstizio 23 aerobico tessuto zona zona anossica PELO RADICALE GHIAIA Phragmites australis Figura 11 zona anossica sistemi a flusso superficiale e a flusso sommerso orizzontale riescono a mantenere le condizioni aerobiche necessarie al trattamento del refluo grazie allo scambio di ossigeno che avviene sulla superficie nell interfaccia aria acqua ed al limitato vedere cap Specie vegetali apporto di ossigeno disciolto proveniente dalle radici e dai rizomi delle macrofite Introduzione alla fitodepurazione 30 di 79 Nei sistemi a flusso sommerso verticale le condizioni aerobiche sono mantenute oltre che dalle piante dalla alimentazione discontinua del refluo quando l acqua drena e fuoriesce dal filtro per l effetto Venturi si ha un richiamo di aria dall esterno che ossigena completamente il filtro
55. connessione spaziale dei tetraedri corrispondono diversi tipi strutturali 40 nelle zeoliti naturali caratterizzati da differenti volumi dei pori strutturali dal 20 al 50 del volume del cristallo e da differenti valori dei diametri dei canali a cui corrispondono 50 specie zeolitiche diverse Schematicamente sono individuabili due Introduzione alla fitodepurazione 46 di 79 porzioni con differenti caratteristiche ma strettamente interdipendenti e quindi costituenti un unico complesso dotato di esclusive propriet chimico fisiche Una porzione Figura 14 definibile come anionica rigida costituita da un impalcatura tridimensionale di tetraedri TO4 ai cui vertici si trovano gli atomi di ossigeno e al centro atomi T di Si e carica elettrostatica negativa proporzionale alla carica di Al Figura 14 Le Figura 15 Figura 15 rappresentano la struttura classica delle zeoliti Figura 15 Figura 16 Le Foto 1 e Foto 2 infine riporta quello che l aspetto dei grani di zeolite visti ad occhio nudo Introduzione alla fitodepurazione 47 di 79 Foto 2 La moneta inserita nella foto presente per dare un dea delle dimensioni dei granuli di zeolite Cationi alcalini essenzialmente Na e K e alcalino terrosi essenzialmente Ca in quantit necessaria per il bilanciamento della carica negativa dell impalcatura e molecole d acqua occupano le porosit strutturali cavit canali costituendo l altr
56. diversi modi Mediante una canaletta superficiale Attraverso un tubo superficiale con elementi a T Attraverso un tubo sommerso forato aingresso libero Tutti questi elementi hanno lo scopo di garantire un flusso uniforme lungo la larghezza del letto Generalmente sono preferiti i sistemi a distribuzione superficiale perch riducono il rischio di intasamento e sono pi facili da pulire In ogni caso sia in testa che in coda alla vasca deve essere realizzata una striscia trasversale di materiale inerte di grossa pezzatura larga almeno 1 m in modo che non si creino linee di flusso preferenziali all interno del letto Prima dell uscita sul fondo viene posto un tubo di drenaggio microforato per raccogliere le acque trattate che vengono poi convogliate in un pozzetto regolatore di livello tramite una tubazione a gomito questo dispositivo garantisce la regolazione del livello idrico all interno del sistema permettendo lo svuotamento totale della vasca o il suo allagamento utile per eliminare le eventuali piante infestanti Introduzione alla fitodepurazione 31 di 79 Nei sistemi a flusso sommerso verticale la distribuzione uniforme del refluo sulla superficie del letto ottenuta tramite tubi in PVC o PE forati e posti sotto all ultimo strato di inerti oppure rialzati posti a dieci cm sopra la superficie In questi sistemi l aliImentazione solitamente discontinua e controllata attraverso una pompa o da un sifone Impermeabil
57. e del fosforo avviene anche tramite la complessazione e la precipitazione Figura 5 Come per l azoto l assunzione del fosforo da parte delle piante risulta generalmente piuttosto limitata e pu essere significativa solo in sistemi progettati con un basso tasso di carico per superficie CICLO ORGANICO DEL FOSFORO piante Apatiti solubile P organico Al p Ca x x P adsorbito P precipitato Fe P occluso poco mobile 4 Figura 5 metalli pesanti possono essere presenti in concentrazioni significative negli scarichi industriali ma elevate concentrazioni di rame nichel zinco piombo e cadmio si possono ritrovare anche nei reflui domestici ed urbani Tutti i microrganismi richiedono per il loro normale metabolismo cellulare la presenza in concentrazioni molto basse di alcuni metalli quali ad esempio potassio magnesio manganese calcio ferro rame zinco e molibdeno Tuttavia elevate concentrazioni di tali metalli risultano senz altro tossiche per batteri e funghi La rimozione dei metalli legata a processi di sedimentazione filtrazione precipitazione chimico fisica adsorbimento sulla parete cellulare dei batteri nonch a reazioni biologiche in particolare ossidazioni operate dalla biomassa adesa sui rizomi e sul medium di riempimento sistemi di pretrattamento e quelli di depurazione tradizionali delle acque reflue urbane e domestiche hanno un efficienza inadeguata
58. e di Kickuth rappresenta un tentativo di modellizzare i sistemi SF in modo da poterli dimensionare secondo criteri pi o meno standard utilizzando parametri fondamentali per le tecnologie depurative e valutabili oggettivamente Keson 020 1 17 Altro parametro di un certo significato rappresentato dall area trasversale che pu essere calcolata con l equazione di Darcy A 95 Dove area trasversale m portata media del refluo m s conduttivit idraulica m s dH ds pendenza della base del letto m m dH profondit media del letto ds lunghezza del letto Nell applicazione di questo calcolo Cooper consiglia di utilizzare materiale di riempimento caratterizzato da conducibilit idraulica non inferiore ai 10 m s per limitare la possibilit di intasamento con una profondit media del letto di 0 8 m e con pendenza non superiore al 196 Cooper 1993 Calcolata l area trasversale si pu ottenere la larghezza minima del letto A 0 95 Amin cos da definime la geometria ovvero il rapporto tra lunghezza e larghezza Un valore adeguato di questo parametro elimina i rischi di corto circuito idraulico con possibile scorrimento in superficie del refluo che comporta la riduzione dell efficienza depurativa Il rapporto tra la profondit del letto e la sua lunghezza permette di individuare il massimo gradiente idraulico disponibile necessario affinch ci sia un movimento netto del liquame dall entrata ve
59. e scorre in senso orizzontale grazie ad una leggera pendenza del fondo del letto Il flusso continuo e l ambiente saturo d acqua perci sono sistemi misti che funzionano soprattutto in anaerobiosi Figura 2 Introduzione alla fitodepurazione 5 di 79 cannuccia di palude uscita XKx XXe X XX X Xx XXX XX X Figura 2 Vantaggi 1 Richiesta contenuta di superfici rispetto ai sistemi a flusso superficiale i sistemi sub superficiale necessitano di minori superfici per unit di refluo da depurare 3 3 5 m ae in quanto il substrato di riempimento aumenta la superficie attiva di depurazione 2 Semplice gestione nel trattamento secondario dei reflui la gestione di un impianto di fitodepurazione a flusso sub superficiale molto semplificata rispetto a un impianto a fanghi attivi costi di gestione sono soprattutto imputabili ai controlli che necessario effettuare e all eventuale manutenzione delle opere elettromeccaniche L assenza di fanghi prodotti e quindi da smaltire determina un notevole sgravio di costi rispetto agli impianti a fanghi attivi 3 Ridotto impatto ambientale presentano un buon inserimento nel paesaggio grazie all utilizzo di specie vegetali tipiche delle nostre latitudini nonch una riduzione dei rumori rispetto ai trattamenti convenzionali 4 Assenza di cattivi odori e insetti assenza di cattivi odori e di insetti molesti e o a rischio sanitario grazie allo scorrimento sommer
60. ece non lo sono temperatura disponibilit e penetrazione della luce velocit del vento fauna che frequenta l impianto Nei FWS la colonna d acqua a contatto con diverse parti della pianta A seconda delle specie presenti il film biologico si svilupper quindi su tutte le superfici delle piante disponibili e questo sar il meccanismo principale di rimozione degli inquinanti la rimozione diretta di alcuni specifici inquinanti attraverso le radici sar limitata solamente Introduzione alla fitodepurazione 4 di 79 alle specie galleggianti sommerse La mineralizzazione dei nutrienti e di altri componenti a carico della macrofite radicate emergenti potr avvenire solo quando tali sostanze si ripartiranno nel sedimento in prossimit delle radici Vantaggi 1 Contenuti costi di costruzione data l assenza teorica di elementi elettromeccanici e o altre componenti impiantistiche i bacini sono costituiti da scavo impermeabilizzazione e piante acquatiche se richiesto 2 Gestione semplificata e costi nulli o ridotti nel trattamento secondario delle acque reflue la gestione di un impianto di fitodepurazione superficiale molto semplificata rispetto ad un trattamento a fanghi attivi costi di gestione ordinaria possono essere quasi nulli mentre i costi di gestione straordinaria sono molto ridotti Svantaggi 1 Elevate superfici di ingombro esigenza di superfici molto ampie data la scarsa profondit dei bacini e gli eleva
61. emperatura esterna e dalla vitalit della pianta Sulla quantit di ossigeno trasferito alle radici non Introduzione alla fitodepurazione 20 di 79 esistono valori uniformi in letteratura probabilmente a causa delle differenti condizioni sotto le quali sono stati condotti gli esperimenti In letteratura segnalato un rilascio di ossigeno da parte delle radici di Phragmites australis che oscilla da 0 02 g m d a valori tra 5 e 45 g m d variabili secondo la densit delle piante la richiesta di ossigeno da parte del suolo saturo e le caratteristiche di permeabilit delle radici Figura 9 Le funzioni pi importanti che le macrofite svolgono nella depurazione sono legate agli effetti fisici di trasferimento dell ossigeno Figura 10 Sviluppando un apparato radicale fitto e intrecciato esse stabilizzano la superficie del substrato garantendo delle buone condizioni per i fenomeni di filtrazione fisica prevenendo cosi l intasamento del medium Inoltre forniscono un ampia superficie e un ambiente ideale per la crescita microbica mediano il trasferimento di ossigeno negli spazi in prossimit delle radici accelerando i processi di degradazione aerobica delle sostanze organiche e di nitrificazione assorbono nutrienti detossificano composti organici tossici e possono essere utilizzate per accumulare metalli pesanti La lettiera che si deposita sulla superficie del substrato durante il periodo invernale Infine isola dal gelo il refluo conse
62. ente la superficie necessaria per la depurazione dei reflui portandola 0 3 1 6 m A E Come accennato la soluzione che ha permesso questa drastica riduzione stato l inserimento come medium al posto della sabbia e o ghiaia o altro materiale inerte di materiale attivo una miscela opportuna di zeolititi naturali per informazioni sulle caratteristiche del materiale fare riferimento al capitolo Le zeoliti caratteristiche generali e applicazioni e l utilizzo come macrofite emergenti di piante palustri micorrizate in vivaio per informazioni sul processo di micorrizazione fare riferimento al capitolo Micorrize e micorrizazione Con l inoculo della micorriza nelle radici della macrofite diminuisce il tempo necessario alla sua crescita e si determina nella stessa una maggior resistenza agli agenti patogeni ed una maggiore capacit di attecchimento Il processo di microrrizazione incrementa la crescita della massa radicale aumentandone la capacit esplorativa del suolo Tale processo inoltre trasferisce una maggiore quantit di ossigeno dalla parte aerea della macrofite alla sua parte sommersa potenziando in questo modo i processi biochimici responsabili della depurazione che si svolgono attorno alle radici nella cosiddetta rizosfera Le radici micorrizate consentono alla pianta un assorbimento migliore e pi selettivo dei vari cationi dei metalli pesanti e o radio nuclidi eventualmente presenti nel refluo Sos
63. ento secondario dei reflui la gestione di un impianto di fitodepurazione a flusso verticale molto semplificata rispetto a un impianto a fanghi attivi costi di gestione sono imputabili ai controlli ed alla manutenzione delle necessarie opere elettromeccaniche L assenza di fanghi da smaltire determina un notevole sgravio di costi rispetto agli impianti a fanghi attivi Ridotto impatto ambientale presentano un buon inserimento nel paesaggio con il possibile utilizzo di parecchie specie vegetali alcune ornamentali e tipiche delle nostre latitudini Assenza di cattivi odori e insetti assenza di cattivi odori e di insetti molesti grazie allo scorrimento sommerso del refluo Rese depurative non soggette a variazioni stagionali la diffusione fisica dell ossigeno nel substrato determina elevate rese depurative nell arco dell anno Buone rimozioni dell azoto ammoniacale per nitrificazione l elevata ossigenazione del substrato consente una buona ossidazione dell azoto ammoniacale Introduzione alla fitodepurazione 7 di 79 Svantaggi Manutenzione e controllo i sistemi di fitodepurazione a flusso verticale presentano esigenze gestionali molto contenute rispetto agli impianti a fanghi attivi Tra i sistemi di fitodepurazione sono tuttavia quelli che richiedono una maggiore manutenzione pulizia delle tubazioni e controllo delle parti elettromeccaniche Sistemi SSF a flusso sommerso progettati correttamente possono essere molto affidabili
64. flusso continuo o discontinuo cos come la durata tra un carico e l altro e la perdita d acqua dovuta all evapotraspirazione possono influenzare le performance durante il periodo estivo fattori idraulici sopra menzionati insieme alle percentuali di rimozione che si vuole ottenere determinano nella progettazione la geometria e la profondit dell impianto di fitodepurazione Questi fattori mettono in risalto l importanza di conoscere esattamente le caratteristiche del refluo in entrata e i relativi carichi di inquinanti per effettuare un calcolo anche approssimativo dei tempi minimi di ritenzione idraulica e quindi delle dimensioni dell impianto Al fine di limitare gli effetti delle eventuali variazioni di portata soprattutto in quei siti ove la probabilit che si verifichino tali variazioni elevata spesso necessario ricorrere alla disposizione in parallelo degli impianti a flusso sub superficiale La loro disposizione in serie invece giustificata dall esigenza di aumentare l efficacia di alcuni processi che traggono vantaggio dall aumento del tempo di permanenza del refluo e quindi dall aumento del tempo e della superficie di contatto fra liquame e microrganismi Medium di riempimento Il substrato ha un ruolo importante nell efficienza depurativa dell impianto perch oltre a fare da supporto alla vegetazione rappresenta un filtro meccanico e chimico per alcune sostanze contenute nel refluo Per questo motivo la scelta de
65. g l 03 0 100 0 1 0 100 0 4 0 100 Tensioattivi anionici MBAS mg l 0 8 0 6 25 0 8 0 6 25 0 8 0 9 13 TENSIOATTIVI TOTALI mg l 11 0 6 45 0 9 0 6 33 1 2 0 9 25 Solfati mg l 45 4l 9 60 35 42 92 TI 16 Cloruri mg l 95 81 15 96 73 24 165 128 22 Cromo Totale mg l 0 04 0 02 46 0 04 0 02 31 0 05 0 03 37 Solidi sospesi totali SST mg l 9 5 44 10 3 70 18 1 94 Solidi sedimentabili ml l 0 0 0 0 0 0 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 30 000 700 98 19 000 450 98 30 000 2 200 93 Tabella 25 11 fase Qin 12 60 S 0 83 DATA CAMPIONAMENTO 02 03 2005 03 03 2005 20 04 2005 21 04 2005 25 05 2005 26 05 2005 PARAMETRI IN OUT abbattimento IN OUT abbattimento IN OUT abbattimento Aspetto limpido limpido limpido limpido torbido limpido Colore non percettibile 1 8 1 8 1 2 1 2 1 5 1 3 PH 7 0 70 72 73 74 753 COD mg l 102 53 48 59 35 41 80 46 43 BOD 5 mg l 18 6 67 9 4 56 8 4 50 Azoto Nitroso N NO mg l 04 0 06 85 03 0 01 97 04 0 02 94 Azoto Nitrico mg l 10 2 13 28 42 0 4 90 24 0 4 83 Azoto ammoniacale N NH mg 4 7 0 1 98 3 3 0 100 8 3 20 76 Azoto Organico N mg l 6 3 24 62 3 9 46 18 6 1 46 25 TKN N Norganico N NH mg l 11 0 2 5 77 72 4 6 36 144 6 6 54 Azoto Totale mg l 216 9 9 54 11 7 5 0 57 50 71 Fosforo Totale mg l 0 8 27 0 5 0 5 0 0 5 55 Tensioattivi non ionici BIAS mg l 0 9 0 100 0 1 0 100 0 9 0 100 Tensioattivi anionici MBAS mg l 0 8 0 7 13 0 9 0 6 33 0 7 0 5 29 TENSIOATTIVI TOTALI mg l 17
66. ggiore crescita delle radici pu essere favorita da un regime idraulico con alternanza di secco umido Lo sviluppo di rizomi orizzontali consente la totale copertura dell impianto di fitodepurazione gi tra il secondo e il terzo anno vegetativo sempre che il substrato venga periodicamente ripulito dalle erbacce e il carico idraulico sia attentamente controllato 6 4 GESTIONE DELLA VEGETAZIONE Una volta cresciute le macrofite radicate sono pi resistenti ad eventuali periodi siccitosi rispetto alle altre piante considerate Il problema maggiore rappresentato dalla presenza di malerbe che competono con le macrofite per le risorse nutritive la pi frequente l ortica Urtica dioica ma possono insediarsi anche diverse specie di graminacee come il Vilucchio comune Convolvolus arvensis che noto anche in agricoltura per essere una pericolosa pianta infestante a causa della sua propagazione stolonifera Per tale motivo si rende necessario provvedere all eliminazione manuale delle erbacce cresciute all interno dell impianto operazione che andrebbe effettuata almeno ogni 6 mesi nei primi 3 anni e successivamente solo in caso di bisogno Anche il perimetro dell impianto deve essere mantenuto libero da erbe o alberi Introduzione alla fitodepurazione 25 di 79 7 PROGETTAZIONE 7 1 GUIDA ALLA PROGETTAZIONE trattamenti di fitodepurazione sono sistemi progettati per simulare una zona umida naturale allo scopo di depurare le acque
67. guenti risultati Introduzione alla fitodepurazione 71 di 79 FOGLIE DI PHRAGMITES AUSTRALIS PARAMETRO Fosforo totale P tot Cromo totale Cr tot i CAMPIONE DI FITODEPURAZIONE RIFERIMENTO c mg Kg mg Kg mg Kg mg Kg Tabella 32 Risultati delle analisi di laboratorio ame Cu Piombo Pb ro B mg Kg admio Cd mg Kg mg Kg mg Kg Per quanto riguarda l abbattimento del fosforo e dell azoto i risultati ottenuti inserendo l impianto di fitodepurazione quale trattamento di terziario sono quelli riportati in tabella 32 33 e 34 riassunti in seguito dai grafici delle figure 51 52 e 53 IMPIANTO FITODEPURAZIONE IMPIANTO FITODEPURAZIONE IN IN OUT IN OUT IN OUT ABB 21 11 2006 23 11 2006 24 11 2006 27 11 2006 28 11 2006 28 11 2006 29 11 2006 36 36 m d Aspetto torbido limpido limpido torbido Limpido limpido limpido Odore caratteristico inodore inodore caratteristico Inodore inodore inodore Colore non percettibile 1 3 1 3 1 2 1 2 1 2 7 5 TA 72 75 TA TA COD mg l 856 61 1135 72 65 4l 96 5 mg l 217 2 461 10 8 2 100 Nitroso N NO2 mg l 02 0 5 02 0 6 0 5 0 09 55 Azoto Nitrico N NO3 mg l 0 7 3 7 0 9 42 4 1 1 8 Azoto ammoniacale N NH4 mg l 15 4 7 0 12 6 47 50 27 79 Azoto Organico mg l 49 29 5 50 47 22 93 N Norganico N NH4
68. i basa solitamente su un sistema a Flusso Orizzontale Sub Superficiale con Macrofite emergenti radicate micorrizate in cui la superficie dell acqua si mantiene al di sotto della superficie del letto di almeno 5 cm La macrofite normalmente impiegata in questo tipo di sistema di depurazione la Phragmites Australis micorrizata prelevata da vivaio dove le stata appositamente inoculata la endomicorriza Le principali caratteristiche di questo nuovo sistema sono Fabbisogno di superficie molto ridotto rispetto ai sistemi di fitodepurazione a Flusso Sommerso Orizzontale classico Pressoch totale assenza di manutenzione eseguibile da personale non specializzato Contenuti costi di realizzazione Minimi costi di gestione Assenza di input energetici per il suo funzionamento Assenza di insetti molesti e cattivi odori Assenza di impatto ambientale Da notare che il costo principale per la realizzazione di questo tipo di impianto riguarda la progettazione dello stesso in quanto trattandosi di una tecnologia protetta da brevetto europeo pu essere utilizzata esclusivamente dalle aziende autorizzate Nei due capitoli seguenti viene riportato un breve riassunto sulle caratteristiche principali delle zeoliti e dei processi di microrrizazione delle piante in particolare delle macrofite Introduzione alla fitodepurazione 45 di 79 12 2 LE ZEOLITI CARATTERISTICHE GENERALI E APPLICAZIONI Le zeoliti sono minerali allumo sil
69. i che interessano ovviamente nel rispetto della L R 2 77 di salvaguardia della flora regionale Nel caso specifico delle macrofite radicate come la Phragmites la tecnica d impianto principale prevede l interramento di una sezione di rizoma con o senza l apparato aereo della lunghezza di circa 15 20 cm in modo che comprenda almeno un internodo e due nodi integri pezzi di rizoma vanno interrati ad una profondit di circa 20 cm alla distanza di 25 30 cm uno dall altro Nel caso della Carex elata che presenta una crescita cespitosa si provvede a dividere il cespo in pi parti avendo cura di lasciare in ogni porzione un adeguata quantit di radici La densit della messa a dimora compresa tra 4 5 piante per m In genere vengono interrati rizomi in numero leggermente superiore al necessario in modo da supplire eventuale non attecchimento di parte delle piante messe a dimora Successivamente il letto va inondato per stimolare la crescita dei germogli ed evitare la propagazione di specie infestanti non acquatiche Il migliore periodo per l impianto l inizio della primavera marzo aprile le gemme presenti sui rizomi possono cosi Introduzione alla fitodepurazione 24 di 79 germogliare subito evitando di andare incontro a marciumi o gelate riscontrabili nel caso in cui l interramento avvenga in autunno La pianta impiega circa 3 anni per arrivare allo sviluppo completo e a raggiungere la massima profondit con l apparato Una ma
70. i di fitodepurazione per alcune piante acquatiche Pianta acquatica Profondit range ottimale Penetrazione acqua radici Phragmites australis Im 5 15 cm 70 cm Typha latifolia 1m 15 60 cm 30 40 cm Schoenoplectus lacustris 1 1 5 m 76 cm Juncus effusus 1 1 5 m 5 15 cm 60 90 cm Sparganium spp 60 120 Scirpus acutus 50 200 cm Carex elata 50 cm 60 cm Tabella 6 Profondit dell acqua tollerata range ottimale e penetrazione delle radici nel substrato degli impianti E importante notare che le macrofite hanno una serie di propriet intrinseche che le rendono una componente essenziale in relazione al trattamento delle acque di scarico stabilizzano la superficie dei letti forniscono buone condizioni per la filtrazione fisica influenzano la conduttivit idraulica del medium di riempimento prevengono fenomeni di intasamento nei sistemi a flusso verticale creano un sistema isolante contro il gelo delle stagioni invernali forniscono un enorme area superficiale come substrato per la crescita batterica 6 3 PROPAGAZIONE DELLA VEGETAZIONE Le piante presenti in un sistema di fitodepurazione possono provenire da aree umide dove crescono in modo spontaneo oppure essere acquistate presso un vivaista In generale il prelievo dovrebbe essere effettuato da zone naturali con caratteristiche ambientali simili alle aree di destinazione cosi da utilizzare piante gi adattate alle particolari condizioni ambiental
71. i fitodepurazione a macrofite radicate emergenti possono essere ulteriormente suddivisi in base alla direzione di scorrimento dell acqua in a Sistemi a flusso superficiale FWS Free water surface Consistono in vasche o canali dove la superficie dell acqua esposta all atmosfera ed il suolo costantemente sommerso costituisce il supporto per le radici delle piante La loro costruzione prevede la realizzazione di bacini idrici e o canalizzazioni aventi il pi lungo percorso possibile in relazione alla geometria dell area a disposizione e aventi una profondit dell acqua per favorire i processi biologici utili dai 40 ai 60 cm Figura 1 mazza cannuccia sorda di palude giunco N q p UE NS E N 4 Tu M Ss PERC PEN A d KKK entrata Ne y VV uscita II be MR VAN 1 73 nA x 5 argilla KK X MM AEX KP KR Figura 1 Questo tipo di impianti pi adatto per il trattamento terziario dei reflui a valle di sistemi a flusso sommerso o a fanghi attivi L ambiente in un sistema FWS in genere aerobico vicino alla superficie dell acqua e tende a diventare anossico e fino all anaerobico man mano che ci si avvicina al fondo Il livello di aerazione raggiunto dipende da diversi fattori Alcuni di questi sono alcuni controllabili grado di miscelazione stratificazione della colonna d acqua canalizzazioni turbolenza turn Over ecc altri inv
72. i sperimentazione e di avvio dell impianto PERIODO PORTATA tratatti A E AREA WETLAND 200 1 4 m A E lug set 2004 8 40 1 25 IFASE Ott gen 2004 12 60 0 83 II FASE Feb 2005 FASE Mag giu 2005 IV FASE Lug set 2005 V FASE ott 2005 nov 2006 VI FASE Tabella 23 In ultimo le tabelle sottostanti descrivono il comportamento dell impianto di fitodepurazione in base alle varie fasi di sperimentazione dello stesso DATA CAMPIONAMENTO 28 07 2004 29 07 2004 A 03 09 2004 06 09 2004 01 10 2004 04 10 2004 PARAMETRI IN OUT abbattimento IN OUT abbattimento IN OUT abbattimento Aspetto limpido limpido limpido limpido limpido limpido Colore non percettibile 1 5 1 5 15 1 3 1 7 1 5 6 8 7 3 70 7 2 7 6 7 5 COD mg l 42 26 38 42 29 31 55 32 42 BOD 5 mg l 7 2 71 2 4 100 6 2 67 Azoto Nitroso N NO mg l 0 5 0 2 60 0 1 0 2 100 0 2 0 1 50 Azoto Nitrico N NO mg l 9 9 74 28 6 8 52 24 9 8 6 1 38 Azoto ammoniacale N NH mg l 1 0 0 100 1 0 0 100 2 1 0 100 Azoto Organico N mg l 3 6 2 7 25 3 1 23 26 4 8 3 0 38 TKN N Norganico N NH mg l 46 28 39 3 8 23 39 6 9 3 0 57 Azoto Totale N mg l 150 10 0 33 10 7 28 16 9 92 46 Fosforo Totale mg l M 0 1 91 7 60 14 03 79 Tensioattivi non ionici BIAS mg l 1 0 1 0 2 0 8 0 6 25 0 8 0 6 25 Tensioattivi anionici MBAS mg l 16 13 19 L5 14 7 0 7 0 6 14 TENSIOATTIVI TOT
73. iante Le specie conosciute sono circa 150 Questo tipo di micorriza in grado di colonizzare circa il 95 delle specie vegetali Le endomicorrize possono essere suddivise in cinque sottogruppi Le pi comuni sono denominate microrrize arbuscolari o vescicolo arbuscolari VAM il fungo che cresce nel terreno penetra nelle cellule radicali dove forma strutture ramificate chiamate arbuscoli che sono la sede di scambio tra la pianta e il fungo Le VAM colonizzano gran parte delle specie di interesse agrario piante erbacee e piante da frutto forestale latifoglie e ambientale es Canna palustre In particolare possono essere micorrizate quasi tutte le specie orticole ad eccezione della famiglia delle Barassicaceae e Chenopodiaceae e tutte le specie di colture estensive es mais soia ad esclusione della barbabietola Le Foto 3 Foto 4 rappresentano le radici di Canna di Palude Phragmites Australis come appaiono al microscopio una volta micorrizate Foto 3 Introduzione alla fitodepurazione 51 di 79 Nella micorrizosfera ambiente compreso nell apparato radicale micorrizato si creano condizioni particolarmente favorevoli alla vita dei microrganismi utili Tra questi citiamo gli azotofissatori f s rizobi azospirilli azotobacter Bacillus polymyxa i PGPR Plant Growth Promoting Rhizobacteria come ad es Pseudomonas i solubilizzatori dei Sali di fosforo es Bacilus megaterium gli antagonisti dei nematodi es Arth
74. icati ad impalcatura tetraedrica tridimensionale tectosilicati contenente cavit occupate da grossi ioni e molecole d acqua dotati di elevata mobilit tale da permette lo scambio ionico e la disidratazione reversibile Le zeoliti sono i minerali pi abbondanti della crosta terrestre Esse si trovano nelle rocce sedimentarie nei depositi lasciati dai laghi di origine salina phillipsite clinoptilolite analcime erionite chabasite mordentite in depositi marini phillipsite clinoptilolite analcime erionite mordentite e nelle rocce vulcaniche phillipsite chabasite Depositi di diversa composizione sono presenti in USA Giappone Russia ex Cecoslovacchia Ungheria Bulgaria ex Jugoslavia Messico Corea Sudafrica Italia i tufi campani le lave lucitiche delle formazioni vulcaniche laziali e del monte Somma abbondano di phillipsite mentre in Sardegna c abbondanza di chabasite In alcuni casi i depositi citati contengono quantit di milioni di tonnellate con livelli di purezza anche maggiori del 90 In altri casi la purezza scende al 60 essendo il materiale zeolitico miscelato con argille e feldspati L Italia ha un alto rapporto tra disponibilit di zeolitite e superficie nazionale ma sfrutta poco il patrimonio che queste rocce rappresentano Strutturalmente le zeoliti costituiscono con i feldspati ed i feldspatoidi la classe dei tettosilicati in cui le unit primarie i tetraedri SiO4 sono unite per i quattro ve
75. iche elettriche da compensare e quindi aumenta la capacit di scambio Tra le zeoliti pi selettive per l NH4 ricche in povere in Na ci sono la phillipsite la chabasite e la clinoptilolite Come detto la formula bruta di una zeolite pu essere espressa come dove x 2 10 e y 2 7 e dove il metallo Na Ca Mgz2 compensa lo sbilanciamento di carica dovuto alla sostituzione di Si con Al Prendendo ad esempio la clinoptilolite che ha formula NasKa AleSi49 O9e 24H2O Na e K sono i cationi scambiabili 6 eq per peso formula ne risulta una capacit nominale di 2 2 meg g valori di capacit di scambio di zeolititi naturali vengono misurati sperimentalmente con esperimenti in batch o tramite percolazione su colonna valori dipendono dalla purezza del materiale e per minerali particolarmente pregiati sono di solito ridotti a 1 1 5 meq g ancora superiori ai valori di 0 8 1 0 meq g delle migliori argille montmorillonitiche Di rilievo pratico la capacit di scambio cationico espressa in peso Introduzione alla fitodepurazione 49 di 79 Per una capacit di scambio di 1 5 meq g si pu facilmente calcolare che 1 m 1 t di minerale pu contenere 28 Kg di ammonio 48 Kg di o 155 Kg di Pb implicando che se questi ioni devono essere rimossi da acque contaminate si supponga che le acque contengano 100 ppm di sostanza inquinante possono essere trattati rispet
76. ici necessarie per la loro realizzazione e per i sopra citati motivi gli impianti a flusso superficiale non sono praticamente mai usati nel nostro paese come trattamenti secondari Questo tipo di impianti invece molto utilizzato negli Stati Uniti e in Australia Introduzione alla fitodepurazione 41 di 79 11 COSTI Una valutazione dei costi di realizzazione e gestione eseguita comparando impianti tradizionali a fanghi attivi e sistemi di fitodepurazione risulta ancora difficile per la scarsa documentazione presente relativa a quest ultima tipologia di impianti Conseguentemente sono state raccolte informazioni presenti in bibliografia costruendo un parziale quadro di indirizzo economico Il confronto che viene proposto riguarda una tipologia impiantistica classica a fanghi attivi ed un impianto di fitodepurazione a flusso sommerso composto sia di sistemi orizzontali HF che verticali VF requisiti di dimensionamento sono i seguenti dotazione idrica pro capite pari ad almeno 200 litri per abitante equivalente al giorno l a e d coefficiente d afflusso pari a 0 90 pretrattamenti presenti trattamento primario presente dotato di un efficienza di rimozione pari ad almeno il 2096 del BOD5 e al 50 dei solidi sospesi carico organico in entrata all impianto primario pari a non meno di 60 g di BOD5 per a e d S i Tipologia di Costi attivi Fitodepurazione 1 Costi d impianto Acquisto
77. ientale dell Universit Cattolica di Piacenza a cura di Capri E e Trevisan M Cooper P F 1993 The use of reed bed systems to treat domestic sewage The european design and operations guidelines for reed bed treatment systems In Moshiri G A Constructed wetlands for water quality improvement Boca Raton Ann Arbor London Tokio Lewis Publishers 203 217 Cooper P F Job G D Green M B Shutes R B E 1996 Reed beds and constructed wetlands for wastewater treatment WRc plc Swindon UK Cossu R 1984 Indagine sperimentale sul trattamento del percolato mediante lagunaggio aerobico Ingegneria Ambientale 13 5 226 236 Crites R W 1994 Design Criteria and practice for constructed wetlands Wat Sci Tech 29 4 1 6 Introduzione alla fitodepurazione 75 di 79 Crites Tchobanoglous 1998 Small and decentralized wastewater management systems McGraw Hill USA Department of Land and Water Conservation DLWC NSW 1998 The Constructed Wetlands Manual Department of Land and Water Conservation New South Wales Australia ENEA 1999 Aree umide costruite per la depurazione di acque reflue atti del convegno scientifico 25 maggio 1999 Bologna EC EWPCA 1990 European design and operation guidelines for reed bed treatment system Ed P F Cooper EC EWPCA Emergent Hydrophyte Treatment System Expert Contact Group Report U1 17 Water Research Center Swindon UK pp27
78. il filter for wastewater treatment the complex system planted soil filter its components and their development in Cooper P F amp Findlater B C Eds Constructed wetlands in Water Pollution Control Proceedings of the International Conference on the use of Constructed Wetlands in Water Pollution Control held in Cambridge UK on September 1990 Pergamon press Oxford Gersberg R M Lyon S R Brenner R Elkins B V 1987 Fate of viruses in artificial wetlands Applied Environmental Microbiology 53 4 731 736 Green M B Griffin P Seabridge J K Dhobie D 1997 Removal of bacteria in subsurface flow wetlands Wat Sci Tech 35 5 109 116 Gunther Geller 1999 Accumulation of substances and long term experiences with planted soil filters in Managing the wastewater resource Ecological Engineering for wastewater Treatment Proceedings of the conference held in As on June 7 11 1999 Norway Hammer Donald A 1989 Constructed wetland for wastewater treatment Lewis Publishers Mitchell C Wiese R Young R 1998 Design of wastewater wetlands in The Constructed Wetlands Manual Department of Land and Water Conservation New South Wales Australia Reddy amp Smith W H 1987 Aquatic Plants for Wastewater Treatment and Resource Recovery Magnolia Publishing Orlando Florida Reed S C amp Broun D S 1992 Constructed wetlands design The first generation
79. ionico pi lentamente e quindi a livelli di concentrazione pi bassi tali per cui i vari microrganismi come il nitrosomonas e il nitrobacter lo possono ossidare trasformandolo in ione nitrato Una piccola parte degli ioni nitrato prodotti vengono poi utilizzati come nutrienti delle piante acquatiche mentre la maggior parte degli stessi vengono ridotti ad azoto elementare N2 dai batteri denitrificanti per poi essere disperso in atmosfera come gas inerte Anche per i metalli pesanti e i radio nuclidi il processo di depurazione simile a quello sopra descritto Questi cationi quando presenti nel refluo vengono prima catturati per scambio cationico dalla Zeolite presente nel mix di zeolite e rimossi dal refluo poi ceduti pi lentamente sempre per scambio cationico permettendo alle radici delle piante radicate nel medium di catturarli e traslocarli nella parte aerea della macrofite ovvero il fusto e le foglie della stessa dove si andranno ad accumulare Una volta ogni due o tre anni quando si andr ad effettuare lo sfalcio delle piante si asporteranno con il verde anche i metalli pesanti e i radio nuclidi recuperati dal refluo trattato della Wetland Gli sfalci potranno poi essere smaltiti tal quali presso un centro autorizzato oppure inceneriti Dalle ceneri ottenute infine potranno essere recuperati i metalli assorbiti dalle piante per essere riutilizzati in processi industriali Questo nuovo tipo di processo di fitodepurazione s
80. iscono lo sviluppo di una ricca e varia flora batterica che esplica la vera azione degradativa Con l ampio apparato radicale di cui sono dotate esse consentono di mantenere costante la permeabilit idraulica del terreno mentre la loro capacit di rimuovere i nutrienti per assimilazione diretta da ritenersi minima 5 1 PROCESSI BIOLOGICI principali processi biologici coinvolti nella depurazione sono Fotosintesi processo attuato da alghe e piante che apporta carbonio e ossigeno utili nei processi di nitrificazione le parti aeree delle piante trasferiscono ossigeno alle radici e quindi alla rizosfera Respirazione l ossidazione del carbonio organico a carico degli organismi eterotrofi e porta alla formazione di biossido di carbonio e acqua Fermentazione la decomposizione della sostanza organica in assenza di ossigeno attuata da alcune specie di microrganismi che produce composti come metano ammoniaca acido solfidrico alcoli e acidi grassi volatili Nitrificazione Denitrificazione un processo mediato da microrganismi che descrive il passaggio dell azoto ammoniacale al massimo stato ossidato come azoto nitrico e quindi la rimozione per gassificazione con il successivo passaggio dei nitrati ad azoto elementare No Rimozione del fosforo a carico del biofilm e o delle macrofite Introduzione alla fitodepurazione 12 di 79 Le piante assumono i nutrienti e gli inquinanti disciolti dall acqua per poi utilizzarli
81. izzazione Per evitare fenomeni di inquinamento della falda i bacini di depurazione devono essere impermeabilizzati A tale scopo vengono utilizzati manti bentonitici o sintetici Si escludono assolutamente i manufatti in cemento a causa dell elevato costo di realizzazione e della scarsa sicurezza di tenuta La possibilit di utilizzare terreno argilloso pur essendo la pi economica e limitata dalla permeabilit del terreno stesso la quale deve essere molto bassa indicativamente pari a Ks 10 8 m s In questo caso la quota di falda dovr trovarsi ad almeno un metro sotto la base del letto In genere vengono preferiti i manti sintetici come LDPE HDPE polietilene a bassa ed alta densit o PVC con spessore variabile da 0 5 a 2 mm spesso protetti superiormente e inferiormente da un foglio di tessuto non tessuto Le strisce di HDPE andranno saldate tra loro garantendo un isolamento totale del fondo e delle pareti dell impianto di fitodepurazione rispetto al suolo circostante Configurazione dei letti Con la definizione configurazione di un impianto di fitodepurazione ci si riferisce alla dimensione ed alla forma dei singoli elementi o celle che dovranno essere progettati in modo tale da essere facili da costruire da minimizzare i lavori di scavo e da favorire un facile accesso per la manutenzione Le singole celle possono essere disposte in serie o in parallelo o con una combinazione di queste due configurazioni vedere Figura
82. l sito www swamp eu org Nella figura seguente si mostra e uno schema a blocchi del sistema di trattamento delle acque reflue Imhoff Well Vertical flow RBTS Controll well Pumping system Figura 19 grafici sottostanti riportano infine i risultati ottenuti da questo impianto di depurazione per diversi tipi di indicatori di inquinamento COD mg Azoto ammoniacale NH4 mg ed Escherichia Coli ufc 100 in funzione dei vari periodi dell anno Al momento non purtroppo possibile fornire dei dati pi precisi Introduzione alla fitodepurazione 60 di 79 mgO Abetina Reale COD Inlet Outlet Outlet VF2 300 250 200 150 100 50 0 Grafico 7 mg NI Abetina Reale NH4 N Inlet Outlet VF e Outlet VF2 80 70 60 50 40 Grafico 8 Introduzione alla fitodepurazione 61 di 79 cfufoom Abetina Reale Escherichia coli ne s oua vri Outlet ve 1 0 07 1 0 06 1 0 05 1 0 04 1 0E 03 1 0E 02 1 0E 01 1 0E 00 9 8 amp ti 4 s 42 3 8 amp 8 5 4 8 B E ni T ni Lon e e e e e e e e e e e Grafico 9 Anche in questo caso l ordinata del grafico indicante la concentrazione dell Escherichia Coli in ingresso e in uscita dall impianto in scala logaritmica in base dieci Introduzione alla fitodepurazione 62 di 79 13 4 IMPIANTO DI FITODEPURAZIONE ARTIFICIALE A COSSATO L impianto
83. l tipo di medium deve essere valutata in base alle caratteristiche dello scarico che si vuole depurare Di norma viene utilizzato materiale inerte pulito e lavato ghiaia e sabbia cosi da eliminare i rischi d intasamento del letto Introduzione alla fitodepurazione 28 di 79 con conseguente deviazione del flusso sommerso verso la superficie Per individuare le miscele pi adatte vengono effettuate delle prove di porosit e di conducibilit idraulica oltre al calcolo della curva granulometrica Lo spessore del letto sar ovviamente collegato alla profondit massima raggiungibile dalle radici delle specie vegetali utilizzate vedere Tabella 6 Nei sistemi a flusso sommerso il medium di riempimento il luogo principale in cui avvengono i processi di depurazione del refluo Inizialmente il medium costituito solamente da ghiaia sabbia o altro materiale ogni tipologia di materiale scelto avr la sua propria conducibilit idraulica vedi Tabella 10 Trascorso un certo periodo dall avviamento dell impianto il medium si arricchisce di microrganismi solidi sospesi e di particolato organico Da quel momento si pu osservare un aumento delle dimensioni dei grani con una conseguente diminuzione degli spazi interstiziali Sar quindi opportuno scegliere in maniera oculata la dimensione di sabbia e ghiaia onde non incorrere in fenomeni di intasamento dimensione e conducibilit idraulica tipologia porosit 75 30 32 420
84. le di questi sistemi rispetto alle tecnologie tradizionali quali ossidazione prolungata fanghi attivi o biodischi rappresentata principalmente dal fatto che nella fitodepurazione non possibile spegnere il processo depurativo ragione per cui l impianto funziona anche in situazioni accidentalmente sfavorevoli quali assenza di energia o sovraccarico idraulico ed organico che al contrario inficerebbero l efficienza dei processi tradizionali 5 MECCANISMI DI RIMOZIONE DEGLI INQUINANTI Le acque inquinate sono tali perch contengono un eccesso di alcune sostanze oppure si trovano in uno stato per cui il loro naturale equilibrio biologico e chimico fisico risulta alterato generando condizioni sfavorevoli tossicit patogenicit odori sgradevoli all uomo e agli altri esseri viventi sistemi umidi ricostruiti o constructed wetlands sono capaci di rimuovere la maggior parte degli inquinanti compresi i metalli pesanti ed altri inquinanti tossici La depurazione delle acque inquinate ha lo scopo di rimuovere le sostanze solide sia sospese che disciolte le sostanze chimiche sgradevoli Introduzione alla fitodepurazione 11 di 79 o nocive eliminare o rendere inattivi i microrganismi patogeni e stabilizzare la sostanza organica Nella rimozione degli inquinanti intervengono tutti i meccanismi che rientrano nella capacit autodepurativa tipica degli ambienti acquatici gli inquinanti infatti vengono rimossi trasformati o stoccati
85. lit delle acque reflue durante il loro scorrimento in zone umide naturali non si possono quantificare in modo preciso le capacit di trattamento Le aree umide artificiali offrono un maggior grado di controllo permettendo una precisa valutazione della loro efficacia sulla base della natura del substrato delle tipologie vegetali e dei percorsi idraulici Oltre a ci le zone umide artificiali offrono vantaggi addizionali rispetto a quelle naturali come ad esempio la possibilit di scegliere il sito dell impianto la possibilit di dimensionare l area e la sua geometria in base alle necessit e soprattutto la possibilit di operare il controllo dei flussi idraulici e dei tempi di ritenzione dei reflui all interno dell impianto stesso E per questo motivo che a partire dalla met degli anni 70 si sono sviluppate svariate esperienze di utilizzo pianificato e ben controllato del potere autodepurativo di alcune zone umide per il raggiungimento di precisi obiettivi di qualit delle acque e soprattutto di ricostruzione o creazione di sistemi umidi studiati proprio per il trattamento di acque reflue La tendenza stata quella di preservare le aree naturali esistenti e di progettare e costruire apposite aree umide per il trattamento depurativo L applicazione delle constructed wetlands per il trattamento delle acque reflue rappresenta ormai una scelta ampiamente diffusa nella maggior parte d Europa e del mondo La rapida diffusione di
86. lizza invece come prevalente materiale di riempimento sabbia media con tendenza al ricircolo per piccoli impianti per l abbattimento dell ammoniaca parametri 0 Vymazal WRC Cooper 2 5 2 valore superficiale 10 m minimo totale 2 sotto 100 ae 1 vasca 0 8 2 m ae 2 2 2 vasca 5 m fa e per BOD 2 4 m a e 50 6096 della 1 vasca 1 m AE BOD 2 5 m AE BOD N 3 lt 1 2 MAE Dall alto al basso 8 cm sabbia 15 cm ghiaia 6mm sabbia 10 cm ghiaia cm ghiaia Sabbia Kf 107 107 m s dig 0 2 0 3 mm Dall alto basso 5 cm ghiaia 8 16 60 cm sabbia 0 4 15 cm ghiaia 40mm 20 cm ghiaia 16 32 Sabbia e ghiaia Materiale 0 12 mm riempimento Substrato Kf 1072 10 m s deo dio 4 Permeabilita substrato Carico idraulico superficiale Carico organico e T residenza sid profondit Legenda 1 trattamento primario filtrazione e sedimentazione 2 trattamento secondario biologico di ossidazione 3 trattamento terziario finissaggio per carico microbiologico denitrificazione nitrificazione 10 20g BOD m g Tabella 13 criteri di dimensionamento preliminare di un sistema a flusso verticale a 2 1 m ae BOD 2 2 m ae BOD N sotto 100 a e 1 vasca 35 06 2 vasca 50 della 1 Dall alto al basso 8 cm sabbia 15 cm ghiaia 6 mm 10 cm ghiaia 12 mm 15 cm ghiaia 30 60mm Introduzione alla fitodepurazione 38 di 79
87. lla fitodepurazione 57 di 79 grafici sottostanti riportano infine i risultati ottenuti da questo impianto di depurazione per diversi tipi di indicatori di inquinamento COD mg Azoto ammoniacale NH4 mg ed Escherichia Coli ufc 100 in funzione dei vari periodi dell anno Fischerhof COD e Inlet m Outlet 800 700 600 500 400 Grafico 4 mgN Fischerhof NH N Inlet E Outlet 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 m m m m m m ww s e Q Q Q Q Q Q N CN ni sr n n Q Q Q Q o e eo c e c ce c e N m e Grafico 5 Introduzione alla fitodepurazione 58 di 79 00 Fischerhof Escherichia coli e inlet a Outlet 1 07 1 06 1 05 1 04 1 02 1 01 1 00 O O m m m N T N N e 5 n N e e e e e e o e e Grafico 6 Anche in questo caso l ordinata del grafico della concentrazione dell Escherichia Coli in ingresso e in uscita dall impianto in scala logaritmica 13 3 RIFUGIO DELL ABETINA REALE Il Rifugio dell Abetina Reale un rifugio
88. lta delle piante si basera sull altezza dell acqua mentre su quelli a flusso sub superficiale sulla penetrazione radicale Le piante pi studiate per la depurazione dei reflui sono per lo pi quelle largamente diffuse all interno dei sistemi umidi adiacenti ai luoghi di realizzazione degli impianti Esse sono adatte a crescere in un suolo saturo di acqua o direttamente a contatto con l acqua stessa e tendono a popolare abbondantemente tali sistemi Le tabelle sottostanti Tabella 4 e Tabella 5 riportano il nome scientifico delle specie di macrofite che vengono maggiormente utilizzate nella fitodepurazione oltre ad altre specie che potrebbero essere comunque impiegate in questo tipo di processi Le specie vengono inoltre classificate in base alla loro famiglia di appartenenza Macrofite emergenti Macrofite flottanti Macrofite sommerse Introduzione alla fitodepurazione 22 di 79 x La sottolineatura del nome indica che la pianta in esame esotica L asterisco davanti al nome del macrofite indica invece che sono piante oligotrofe Carex elata Phragmites australis Typha latifolia PRINCIPALI SPECIE UTILIZZATE ALTRE SPECIE UTILIZZABILI Alisma plantago aquatica Bolboschoenus maritimus Caltha palustris Cladium mariscus Cyperus spp Glyceria maxima Holoschoenus spp Iris pseudacorus Juncus effusus Sagittaria spp Scirpus spp Schoenoplectus lacustris Sparganium erectum Typhoides arundinacea Eichhornia crassipes
89. me rifiuto speciale da esse possibile riestrarre i metalli accumulati e utilizzarli come materia prima industriale Gli scarichi industriali ed urbani contengono in quantit variabile diversi microinquinanti organici provenienti da composti di sintesi benzene tricloroetano PCP pentaclorofenolo cloroformio ecc che normalmente resistono alla depurazione nei sistemi tradizionali di trattamento e persistono nell ambiente per lunghi periodi accumulandosi nelle catene alimentari degli ecosistemi in particolare nei predatori e nei superpredatori sistemi naturali hanno una notevole capacit di rimozione di questi composti soprattutto attraverso processi di degradazione biologica anche se i processi chimico fisici di adsorbimento sedimentazione ed evaporazione e i processi chimici o fotochimici possono avere una rilevanza significativa Se nei sistemi di trattamento ipertecnologici si utilizzano particolari colonie batteriche in grado di degradare specifiche catene organiche stabili nella fitodepurazione dove la popolazione microbica risulta ecologicamente molto pi complessa si arriva per via molto pi naturale ad un buon trattamento anche di composti molto stabili come il catrame sistemi a flusso sub superficiale hanno evidenziato una rimozione pari al 99 di composti organici dal PCP pentaclorofenolo al cloroformio Anche i sistemi progettati per funzionare con il giacinto d acqua possono risultare altrettanto efficienti
90. mg l 42 1 97 9 7 49 88 Azoto Totale Tal Quale mgl 43 2 145 143 6 8 84 Fosforo Totale mg l 6 3 12 1 2 81 ionici BIAS mg l 49 0 5 04 07 86 ensioattivi anionici MBAS mg l 56 0 5 0 5 05 91 TENSIOATTIVI TOTALI mg l 10 5 10 0 9 1 2 89 Solfati mg l 69 Cloruri mg l 107 Cromo Totale mg l 0 045 Solidi sospesi totali mg l 10 797 17 13 9 99 Solidi sedimentabili ml l 0 13 0 0 0 100 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 18 000 40 31 000 88 000 Tabella 33 Abbattimento Azoto e Fosforo 1 Introduzione alla fitodepurazione 72 di 79 IN IMP OUT IMPIANTO FITODEPURAZIONE IMPIANTO FITODEPURAZIONE FITO IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT ABB 05 12 2006 06 12 2006 05 12 2006 06 12 2006 12 12 2006 13 12 2006 12 12 2006 13 12 2006 36 0 30 Aspetto torbido leggermente torbido limpido limpido torbido leggermente torbido limpido limpido Odore caratteristico inodore inodore inodore caratteristico inodore inodore inodore Colore non percettibile TQ TQ TQ 7 1 73 7 1 7 0 COD mg l 1103 80 47 26 98 BOD 5 mg l 363 18 3i 4 99 Azoto Nitroso N NO2 mg l 0 5 11 1 1 0 07 85 Azoto Nitrico N NO3 mg l 34 66 6 8 40 Azoto ammoniacale N NH4 mg l 15 1 3 5 3 1 19 87 Azoto Organico N mg l 264 26 2 5 3 3 88 TKN N Norganico N NH4 mg l 41 5 6 1 5 6 52 87 Azoto Totale Tal
91. mi ad opera della comunit batterica ammonificazione L abbattimento dell ammoniaca legato principalmente ad un processo di ossidazione nitrificazione dello ione ammonio che avviene nei micrositi aerobici adiacenti alla superficie radicale delle elofite composti che si producono i nitrati diffondendo verso le zone anaerobiche subiscono un processo di riduzione denitrificazione e vengono trasformati in azoto gassoso che si libera nell atmosfera Tutti i processi descritti si realizzano ad opera di alcune specie di batteri che utilizzano i composti azotati come fonte di energia es nitrosomonas nitrobacter Nei sistemi a flusso sommerso verticale l ambiente risulta essere prevalentemente aerobio a causa dell alimentazione discontinua che provoca un richiamo di aria dall esterno al mezzo qui prevarranno i processi di nitrificazione Nei sistemi a flusso sommerso orizzontale invece il medium sempre saturo di acqua e quindi anaerobico tranne che nelle microzone ossidate aderenti alle radici delle elofite Oltre che per nitrificazione e denitrificazione la rimozione dell azoto avviene ad opera di processi secondari quali la volatilizzazione dell ammoniaca l assorbimento da parte delle piante e l adsorbimento da parte del substrato La liberazione dello ione ammonio sotto forma di gas volatilizzazione avviene a valori di pH superiori a 8 e l entit del processo dipende da quanto azoto ammoniacale riesce a raggiungere la superficie dell
92. montano all interno di un parco naturale Parco del Gigante negli Appennini tra la Toscana e l Emilia Romagna L acqua potabile disponibile tutto l anno proviene da un torrente vicino al rifugio Tutte le acque reflue prima della predisposizione dell impianto di fitodepurazione venivano scaricate nello stesso torrente dopo un pre trattamento nella fossa Imhoff La foto sottostante offre una visione del sito Foto 7 La tabella sottostante riporta invece le caratteristiche principali del sito Introduzione alla fitodepurazione 59 di 79 Altitudine 1410 m s l m Stagione aprile ottobre l accesso possibile solo se le strade non sono innevate Capacit ricettiva 70 letti Ristorante 60 posti per tre volte al giorno durante il fine settimana Staff permanente 6 persone Consumo idrico massimo 7 4 m giorno medio 3 0 m giorno minimo 2 0 m giorno Acque reflue circa 40 100 a e prodotte Tabella 20 Caratteristiche del sito del rifugio dell Abetina Reale Per equalizzare le oscillazioni di portata delle acque reflue prodotte e ridurre al minimo l area necessaria per il trattamento di fitodepurazione stata inserita una vasca di equalizzazione dopo la il trattamento primario vasca settica Da qui parte un impianto di sollevamento che alimenta due sistemi a flusso sommerso verticale in parallelo Uno dei due sistemi stato progettato seguendo la procedura comune del progetto SWAMP per informazioni visitare i
93. necessarie superfici maggiori di 20 m abitante equivalente ed un analisi progettuale pi approfondita vedere box dimensionamento sistemi a flusso superficiale con macrofite radicate DIMENSIONAMENTO SISTEMI A FLUSSO SUPERFICIALE CON MACROFITE RADICATE Il dimensionamento dei bacini di trattamento viene effettuato secondo metodi diversi alcuni di tipo empirico ed altri legati ad equazioni di reazione cinetica Per una fase preliminare si devono considerare valori di 2 5 5 m ab eq quando il BOD ed i solidi sospesi rappresentano i fattori limitanti e 6 15 giorni per la completa nitrificazione dell effluente Dovendo giungere ad un dimensionamento pi rigoroso si riportano alcune equazioni del metodo di Reed Reed 1995 rimandando alla bibliografia per un approfondimento completo dell argomento Le equazioni che seguono si basano sulla rimozione biologica di alcuni principali parametri BOD ammoniaca e nitrati Ken Dove area del bacino m lt concentrazione in uscita mg l concentrazione in entrata mg l Ka costante alla temperatura di riterimento costante alla temperatura TW L lunghezza del bacino m n porosit t tempo di residenza idraulico in giorni Tw temperatura dell acqua nel bacino temperatura di riferimento V volume effettivo del bacino W larghezza bacino m profondit bacino m coefficiente di temperatura 8 R Q portata
94. ntendo alla popolazione batterica di continuare la sua attivit Giunto alle radici l ossigeno che non viene utilizzato dal metabolismo della pianta va ad ossidare i composti organici presenti nelle vicinanze delle stesse oppure viene usato dai batteri presenti nella rizosfera Introduzione alla fitodepurazione 21 di 79 RIZOSFERA AEROBICA RADICE SUOLO ANAEROBICO SUBSTRATO Figura 10 Il tipo e l estensione dello sviluppo radicale sono parametri importanti perch influenzano da un lato la profondit a cui pu essere trasferito l ossigeno e dall altro la quantit di superficie di contatto tra acque reflue e rizosfera Per la Phragmites australis il processo di trasferimento dell ossigeno risulta particolarmente efficiente perch i rizomi di questa macrofite penetrano in profondit mediamente attorno ai 70 80 cm 6 2 SCELTA DELLA VEGETAZIONE La scelta delle piante da utilizzare macrofite galleggianti sommerse ed emergenti deve essere effettuata tenendo conto dell efficacia depurativa delle differenti specie della loro ecologia della compatibilit con l ambiente e della loro disponibilit sul territorio Inoltre il tipo e l estensione dello sviluppo radicale sono parametri importanti da tenere in considerazione in fase progettuale perch influenzano da un lato il trasferimento d ossigeno e dall altro la superficie di contatto tra il refluo e la rizosfera Nei sistemi a flusso superficiale la sce
95. o d acqua libero i criteri da considerare durante la progettazione sono carico organico in entrata portata idraulica media giornaliera in entrata profondit delle vasche rapporto tra lunghezza e larghezza delle vasche tempo di ritenzione idraulica nel nei bacino i numero di sistemi depurativi posti in serie o in parallelo rapporto tra specchio di acqua e area vegetata A titolo indicativo possibile riferire dei valori progettuali medi tratti dalla bibliografia Vismara 2000 Crites 1994 riportati in Tabella 11 Carico organico massimo BOD in kg ha per giorno Profondit dell acqua in metri 0 15 0 8 Superficie vasche in m abitante equivalente 4 40 gt 20 per tratt yg Rapporto lunghezza larghezza vasche 2 1 10 1 Rapporto specchio d acqua e area vegetata 96 40 60 Tabella 11 Criteri per il dimensionamento di sistemi a flusso superficiale Un indicazione di massima utile a definire l area complessiva necessaria per la depurazione di un refluo di tipo domestico in cui gli obiettivi di qualit da raggiungere riguardano solo il BOD e i solidi sospesi oppure un finissaggio di dimensionare l impianto tenendo conto 20 100 m necessari per m di effluente giornaliero che corrisponde a 4 20 abitante equivalente Introduzione alla fitodepurazione 34 di 79 Questo approccio preliminare non idoneo per ai processi di nitrificazione ove necessari per i quali sono
96. o microbiologico Ingegneria Ambientale 17 9 478 485 Mantovi P Piccinini S 2001 Trattamento di fitodepurazione delle acque reflue della zona di mungitura L informatore agrario LVII 33 53 57 Masi F 2000 Il quadro italiano della fitodepurazione in Lezioni di Architettura Bioclimatica Collana Manuali n 53 Alinea Ed Firenze 201 207 2000 Masi F Bendoricchio G Conte G Garuti G Innocenti A Franco D Pietrelli L Pineschi G Pucci B Romagnolli F 2000 Constructed wetlands for wastewater treatment in Italy Stateof the art and obtained results Conference Proceedings of the IWA 7th International Conference on Wetland Systems for Water Pollution Control Orlando vol 2 pp 979 987 Masotti L 1999 Depurazione delle acque Tecniche ed impianti per il trattamento delle acque di rifiuto Calderini ed Bologna Matthey W Della Santa E Wannenmacher C 1992 Guida pratica all ecologia Zanichelli Bologna B D Riha 5 1991 Hydraulic conductivity and nitrogen removal a artificial wetland system J Environ Qual 20 259 263 Introduzione alla fitodepurazione 76 di 79 Nuttal P M Boon A G Rowell M R 1997 Rewiew of the design and management of constructed wetland CIRIA ed London Onorm B2505 1998 Bepflanzte Bodenflter Pfanzen Klar nlagen norme austriache per impianti di fitodepurazione Pergetti M
97. one Assorbimento radicale Ossido riduzione batterica Tabella 2 microinquinanti organici es pesticidi tricloroetano cloroformio PCB ecc Microrganismi patogeni Il materiale particolato rappresenta una componente significativa circa il 25 30 del carico inquinante presente nel refluo La sua rimozione deve avvenire soprattutto nel pretrattamento fossa settica vasca di sedimentazione tricamerale Imhoff ecc per non occludere la porosit del medium di riempimento della vasca di fitodepurazione Il particellato sospeso che non viene rimosso in questa fase preliminare separato dalle acque mediante filtrazione e sedimentazione nello strato ghiaioso La capacit di sedimentazione dell impianto relazionata alla velocit di flusso del refluo all interno del medium ed agisce in modo sinergico al processo di filtrazione da parte del film biologico pellicola batterica adeso al materiale di riempimento La sostanza organica costituita da sostanze quali carboidrati grassi proteine saponi detergenti ecc che possono trovarsi in forma solida in sospensione in soluzione nel sedimento o parzialmente metabolizzate composti organici disciolti presenti nel refluo subiscono un processo di decomposizione prevalentemente aerobica per opera dei microrganismi batteri e funghi adesi alla superficie dei rizomi delle elofite del substrato L ossigeno necessario per questi processi proviene sia direttamente dall atmosfera per
98. one 100 posti al chiuso 100 posti all aperto Acque reflue prodotte 2 3 m giorno Tabella 18 Caratteristiche salienti del sito di Pleschwirt La foto seguente Foto 5 offre una veduta del sito Introduzione alla fitodepurazione 53 di 79 x Per implementare il trattamento dei reflui di questo sito stata studiata una soluzione personalizzata che ha previsto L installazione di una seconda fossa settica per quanto riguarda il trattamento primario del refluo L implementazione di una vasca di polmonazione buffer per ridurre le variazioni di carico settimanale che potrebbero interessare l impianto di fitodepurazione La predisposizione di due celle di fitodepurazione in parallelo di cui una a flusso sommerso orizzontale ed una a flusso sommerso verticale La Figura 17 sottostante rappresenta l impianto di depurazione nel suo complesso IFS with pump and valve Partition Buffer Well well Septic tank Out Figura 17 grafici sottostanti riportano i risultati ottenuti da questo impianto di depurazione per diversi tipi di indicatori di inquinamento COD mg Azoto ammoniacale mg N I ed Escherichia Coli ufc 100 in funzione dei vari periodi dell anno mgO I Pleschwirt COD Inlet ti Outlet VF1 Outlet VF2 10000 1000 100 10 pow Bldg dece COCR ee cx INE den s ME NE AU ME e WO E e e e
99. one di una pompa per il rilancio e l approvvigionamento del refluo Da notare come gi accennato in precedenza che il costo principale per la realizzazione di questo tipo di impianto riguarda la progettazione dello stesso in quanto trattandosi di una tecnologia protetta da brevetto europeo pu essere utilizzata esclusivamente dalle aziende autorizzate Le foto seguenti rappresentano le varie fasi costruttive dell impianto di fitodepurazione da come appariva alla posa iniziale della geomembrana fino ad arrivare all impianto terminato ed avviato Foto 10 Foto 11 Introduzione alla fitodepurazione 64 di 79 Foto 12 Le tabelle sottostanti riportano i valori di alcuni indicatori di inquinamento presenti all interno dei reflui trattati dall impianto di fitodepurazione in esame sia all ingresso che all uscita degli stessi Le tabelle riportano valori medi calcolati per i diversi anni di attivit dell impianto Parametro Q in COD BOD Tabella 21 Caratteristiche del refluo in ingresso e in uscita dall impianto di fitodepurazione ANNO 2005 Parametro Q in COD BOD N tot Tabella 22 Caratteristiche del refluo in ingresso e in uscita dall impianto di fitodepurazione ANNO 2006 Introduzione alla fitodepurazione 65 di 79 La tabella sottostante riporta invece le caratteristiche del refluo in ingresso all impianto di fitodepurazione nei vari periodi d
100. per la creazione di nuova biomassa nutrienti e gli inquinanti vengono poi trasferiti dal corpo della pianta agli organi di stoccaggio sotterranei per poi passare al sedimento attraverso l accrescimento della lettiera quando la pianta muore microrganismi inclusi batteri e funghi rimuovono la materia organica decomponendola in molecole pi semplici utilizzando ossigeno Alcuni composti azotati vengono trasformati dall attivit microbica in altre molecole nitrificazione denitrificazione e dispersi nell atmosfera attraverso un processo di massificazione Molti dei microrganismi che si riscontrano nelle aree umide sono gli stessi che si ritrovano nei sistemi tradizionali di trattamento delle acque 5 2 PROCESSI CHIMICI Le reazioni chimiche che avvengono tra determinate sostanze in special modo i metalli pesanti possono portare alla loro precipitazione come componenti insolubili L esposizione alla luce e ai gas atmosferici possono invece rompere le molecole organiche dei pesticidi o uccidere organismi patogeni Certi componenti organici che entrano nell area umida si disperdono direttamente nell atmosfera per volatilizzazione Questo effetto molto importante negli impianti di fitodepurazione a flusso superficiale meccanismi di ossido riduzione il cui potenziale di riduzione determina la solubilit o linsolubilit dei nutrienti e dei metalli che avvengono nell acqua e nei sedimenti risentono della concentrazione di ossigeno Il pH
101. retrattamenti Controllo piante infestanti ed eventuale diserbo manuale nel primo anno nei sistemi SSF Controllo cattivi odori anomali quindicinale Verifica di funzionalit mediante l analisi di campioni dei mensile o stagionale liquami e dei reflui depurati 9 Controllo del livello del fango nel trattamento primario per decidere la sua rimozione Eventuale taglio della vegetazione solo FWS annuale Rimozione del fango del fango nel trattamento primario Tabella 14 Schema di controllo e manutenzione per un impianto di fitodepurazione semestrale Sarebbe ovviamente opportuno che chi gestisce l impianto tenesse un libretto di conduzione dove riportare tutte le osservazioni le particolarit i risultati dell analisi e i lavori eseguiti sull impianto 10 ASPETTI SANITARI Spesso gli impianti di fitodepurazione sono stati in Italia associati ad ambienti maleodoranti ricchi di insetti in special modo zanzare In realt i problemi di salubrit riscontrati sono per lo pi legati agli impianti a flusso libero usati come trattamenti secondari in cui il grosso carico di nutrienti porta a processi eutrofici e a condizioni di anossia che fanno si che l ecosistema si allontani dal suo equilibrio creando un restringimento della catena alimentare e selezionando solo le specie pi resistenti fenomeni di anossia favoriscono inoltre reazioni anaerobiche che producono gas maleodoranti A causa delle maggiori superf
102. rmente sviluppato nei fusti e nelle radici caratterizzato da grandi spazi intercellulari pieni d aria Le radici delle piante acquatiche sono infatti normalmente immerse nei sedimenti in un ambiente poverissimo di ossigeno che impedisce loro di respirare per procurarsi l energia necessaria all assorbimento degli ioni La pianta quindi sopravvivere trasporta l ossigeno dagli organi aerei fusto e foglie attraverso la rete di canali del parenchima aerifero Figura 8 TRASLOCAZIONE DI OSSIGENO ALLE RADICI Phragmites australis zona ossidata pelo radicale ate CURE SD T que ingrandito J Mn M rizosfera suolo ossidata anaerobico Figura 8 Il trasferimento di ossigeno all interno della pianta avviene per diffusione passiva secondo il gradiente di concentrazione del gas negli spazi interni Figura 8 e per flusso convettivo guidato dal gradiente di pressione che si genera per i diversi processi fisici presenti Diversi autori indicano come cause del gradiente di pressione le differenze di temperatura e di tensione di vapore dell acqua attraverso i setti porosi dei tessuti vegetali oppure l effetto Venturi indotto Figura 9 che si genera dal gradiente della velocit del vento attorno alla pianta L effetto Venturi indotto consente il passaggio di ossigeno nelle piante danneggiate o morte anche durante l inverno e di notte perch non dipende dalla t
103. robotrys sp e di funghi patogeni es Trichoderma Sp Questi microrganismi svolgono la loro specifica azione utile che viene messa a disposizione dalla pianta in modo massivo grazie al grande apparato radicale provocato dalle micorrize Per quanto espresso sopra evidente che i migliori risultati per le colture si ottengono dall associazione ternaria radici micorrize microrganismi utili La presenza nei terreni agrari e forestali di ceppi selvatici di micorrize e di microrganismi utili dovrebbe garantire una crescita ottimale per le piante coltivate In realt la scarsa efficienza dei simbionti micorrizici selvatici e la bassa concentrazione dei microrganismi utili non ottimizza la crescita e lo sviluppo delle piante La selezione e la produzione in purezza di microrganismi utili e di micorrize ha portato nel corso degli anni alla formulazione di prodotti di elevato livello tecnologico che danno una risposta in termini di produttivit in quasi tutte le condizioni di coltivazione Il concetto espresso prima dell associazione ternaria radici micorrize microrganismi utili ha portato alla produzione di inoculi micorrizici utilizzati per la micorrizazione artificiale di molte piante ad uso agrario e ambientale La possibilit di ampliare a livello esponenziale l apparato radicale delle piante deputate alla fitodepurazione consente di aumentare l efficacia della eco tecnologia in questione nei confronti dei reflui La pianta micorriz
104. rso l uscita senza ritorni o ristagni di flusso Sulla base delle dimensioni reali ottenute dal progetto deve essere fatta una verifica del profilo idraulico inteso come livello dell acqua all interno del letto livello che deve essere sempre su una superficie orizzontale Quest ultimo aspetto necessario per gestire in modo flessibile l altezza dell acqua cos da garantire da un lato la completa e uniforme immersione dell apparato radicale lungo il letto e dall altro la riduzione della possibilit che si instaurino condizioni di flusso superficiale all inizio delle vasche Le dimensioni del sistema influenzano il tempo di ritenzione del liquame nell impianto e quindi l efficienza di rimozione degli inquinanti In letteratura sono indicati tempi di ritenzione idraulica molto differenti da 2 a 60 giorni ma per ottenere una buona nitrificazione ne sono consigliati almeno 4 3 Kemp 1997 Introduzione alla fitodepurazione 37 di 79 Sistemi a flusso sommerso verticale con macrofite radicate emergenti Come si evince dalla Tabella 13 esistono due scuole di pensiero riguardo agli impianti a flusso verticale la scuola di lingua inglese tende ad utilizzare questa tipologia impiantistica in sistemi a pi vasche collegate in serie e o in abbinamento con i sistemi a flusso orizzontale materiali di riempimento privilegiati sono ghiaia a granulometria decrescente con uno strato di sabbia sulla superficie la scuola di lingua tedesca uti
105. rtici a formare unit secondarie catene anelli singoli e doppi poliedri a loro volta collegate in diversi modi a formare differenti impalcature tridimensionali di carica elettrica negativa per la parziale sostituzione di Si4 con Al3 La loro formula chimica generale Na Al Sin XOon smH20 dove la parte tra parentesi quadre rappresenta il contenuto dell impalcatura tetraedrica e il rimanente il contenuto delle cavit extraimpalcatura Caratteristica che li distingue dagli altri tectosilicati la loro singolare propriet di gonfiare e di ribollire se sottoposti a fusione Tale comportamento da cui deriva dal greco il nome di zeoliti che significa pietra che bolle dovuto alla trasformazione in vapore dell acqua che contengono nei canalicoli del reticolo sotto forma di acqua debolmente legata e quindi eliminabile con facilit A differenza degli altri tettosilicati la bassa densit tetraedrica delle zeoliti comporta la presenza di pori strutturali cavit comunicanti tra loro mediante canali e quindi con l esterno del cristallo mediante finestre di diametro libero molecolare la dimensione dei canali varia a seconda della specie zeolitica presa in considerazione tra 3 e 7 I vuoti cavit canali sono occupati da cationi essenzialmente Na e Ca in quantit necessaria per il bilanciamento delle cariche negative dell impalcatura e da molecole d acqua Ai diversi modi di inter
106. so del refluo Svantaggi 1 Variazioni stagionali delle rese risentono delle variazioni climatiche stagionali a causa della riduzione dell attivit vegetativa delle piante durante i mesi invernali Ne consegue una riduzione dell apporto di ossigeno e una diminuzione dell attivit batterica 2 Bassa capacit di nitrificazione le superfici unitarie m ae di norma utilizzate 3 3 5 m ae non consentono un efficace ossidazione dell azoto ammoniacale Verticale VF sistemi di fitodepurazione a flusso sub superficiale verticale Figura 3 sono realizzati come zone confinate di suolo ricostruito colonizzato da piante radicate Il principio di base risiede nell utilizzo della naturale capacit depurante dei suoli e della biomassa microbica presente Il substrato che costituisce il medium di filtrazione del refluo costituito da materiale inerte con diversa granulometria suolo ricostruito Le specie vegetali sono quelle tipiche dei terreni umidi ma mai saturi d acqua e comprendono sia specie graminacee Introduzione alla fitodepurazione 6 di 79 che arbustive Le esperienze maturate dimostrano buoni risultati dall impiego della canna comune Arundo donax anche se all occorrenza si possono usare altre specie Il da depurare viene distribuito omogeneamente sulla superficie del terreno in modo intermittente e segue un percorso verticale verso il fondo impermeabilizzato dove viene raccolto da un sistema di drenaggio In
107. ssico impianto a flusso sommerso orizzontale il cui materiale di riempimento classico del letto stato sostituito dalla zeolite e in cui le macrofite utilizzate sono Phragmites Australis micorrizate Il principio di funzionamento di tale impianto pu essere schematizzato dalla Figura 21 cannuccia di palude 2 micorrizzata tubi di distribuzione gt zeolite opa lia 4 entrata x FETTA XM Ww XX XO Figura 21 uscita Introduzione alla fitodepurazione 63 di 79 L impianto costituito da uno scavo rettangolare di 5 x 10 x 0 9 m che corrisponde ad un volume di 45 m impermeabilizzato tramite geo membrana dallo spessore di 2 5 mm e riempito per 42 5 m da zeolite calibrata composta da un mix di materiale di quattro granulometrie diverse poste in modo alternato 8 15 mm 3 6 mm 1 3 mm 0 15 1 5 mm Inizialmente all interno del sito di fitodepurazione sono state piantate 200 Phragimtes australis 4 m di superficie Secondo quanto comunicato dal CORDAR S p A Biella Servizi il costo per la realizzazione dell impianto di fitodepurazione di cui sopra risultato piuttosto modesto Le spese principali riguardanti lo stesso sono state sostenute per Acquisto di 200 esemplari di Phragmites Australis costo 2 32 unit Acquisto della Zeolite costo indicativo 160 t Acquisto e posa Geomembrana costo 10 50 m Realizzazione dello scavo Acquisto ed installazi
108. ssistere attorno all eventuale fossa Imhoff presente a monte dell impianto Introduzione alla fitodepurazione 10 di 79 Le situazioni in cui consigliabile l adozione della fitodepurazione vengono esposte nella Tabella 1 Campi di applicazione Dimensioni dell utenza Indicazioni Depurazione dei reflui di 50 2 000 piccole utenze Affinamento dei reflui di 2 000 25 000 Soluzioni integrate con utenze maggiori impianti a fanghi attivi o biomassa adesa Depurazione per utenze Popolazione fluttuante gt 30 Raggiungimento limiti particolari popolazione residente Tabella Allegato 5 D Lgs 152 06 Tabella 1 Rispetto ai sistemi di trattamento tradizionali gli impianti di fitodepurazione sono in grado di meglio assorbire la variabilit dei carichi idraulici della temperatura e delle caratteristiche qualitative del refluo in entrata raggiungendo comunque una discreta efficienza depurativa Altra interessante applicazione di questa tecnica quella di inserire bacini di fitodepurazione come elemento di sicurezza rispetto ai possibili sversamenti accidentali di sostanze tossiche direttamente nei corpi idrici recettori es fenomeno di bulking negli impianti a fanghi attivi determinato da un improvviso deterioramento delle caratteristiche di sedimentabilit del fango che fa si che questo tracimi copiosamente dall impianto provocando danni ingenti nel corpo idrico nel quale si riversa La differenza gestionale sostanzia
109. stemi di depurazione delle acque basati sull uso di vegetazione macrofita Caratteristiche e funzionamento Ambiente Risorse e Salute 55 7 13 Breen P F 1990 A mass balance method for assesting the potential of artificial wetland for wastewater treatment for wastewater treatment Wat Res 24 6 689 697 Brix H 1993 Waste treatment in constructed wetland System design removal processes and treatment performances in Moshiri G A Constructed wetland for water quality improvement Boca Raton Ann Arbor London Tokio Lewis Publishers Brix H 1993 Macrophyte mediated oxygen transfer in wetlands transport mechanisms and rates In Moshiri G A Constructed wetlands for water quality improvement Boca Raton Ann Arbor London Tokio Lewis publishers 391 398 Brix H 1994 Functions of macrophytes in constructed wetland Wat Sci Tec 29 4 71 74 Brix J 1996 Design criteria for a two stage constructed wetland presented at the Vth International Conference on Wetland Systems for water pollution control DK Brooks R R 1998 Plants that hyper accumulate heavy metals CAB international USA Camuccio P amp Barattin B 2001 La fitodepurazione manuale tecnico divulgativo Provincia di Treviso Ciucani G amp Cattani 2001 Fitodepurazione un processo per il trattamento delle acque reflue rapporti di Sc Ambientali dell Istituto di Chimica Agraria ed Amb
110. stremamente semplice implementare le misure di risparmio idrico nella rete di adduzione Le acque trattate vengono adesso immagazzinate in uno stagno e riutilizzate per l irrigazione delle aree a verde Introduzione alla fitodepurazione 56 di 79 Le misure di risparmio idrico adottate sono di seguito riportate Riduttori di flusso per il risparmio idrico e per il risparmio energetico sui rubinetti controllati mediante cellula ad infrarossi erogatori con riduttori di flusso sulle docce e miscelatori termostatici con regolazione di flusso e temperatura Servizi igienici con sciacquoni ad alta efficienza con cassonetti a doppio pulsante 3 e 6 litri il modello svedese di maggiore efficienza non era all epoca della realizzazione del progetto ancora disponibile sul mercato austriaco un a secco installato come esperienza pilota e dimostrativa due nuove lavatrici ad alta efficienza bassi consumi di acqua ed energia Le acque reflue vengono raccolte in un unico sistema fognario e subiscono un trattamento primario in una vasca settica tricamerale Da questa i reflui vengono suddivisi in tre parti alimentando tre letti di fitodepurazione a flusso sommerso verticale La distribuzione viene effettuata con 3 dispositivi valvolari da 1000 l min tubi galleggianti che permettono l alimentazione alternata dei letti di fitodepurazione gravit e che sono stati appositamente realizzati per questo impianto
111. ta e costante per garantire una buona efficienza depurativa durante l intero arco dell anno Le microalghe che sono coinvolte nella fitodepurazione appartengono alla famiglia delle Cloroficee o alghe verdi come Chlorella Scenedesmus e Coelastrum alle Cianoficee o alghe azzurre come Spirulina ed alle Diatomee o alghe silicee come Dunaliella Nella Tabella 3 vengono riportati i nomi scientifici e comuni delle piante maggiormente utilizzate nei processi di fitodepurazione Nome comune Cannuccia di palude Mazza sorda Giunco comune Lisca lacustre o giunco da stuoie Carice spondicola Castagna d acqua Lenticchie d acqua Ninfea comune Ninfea gialla Lattuga ranina Nome scientifico Phragmites australis Typha latifolia Juncus effusus Schoenoplectus lacustris Carex elata Trapa natans Lemna spp Spirodela sp ecc Nymphea alba Nuphar lutea Potamogeton crispus Tabella 3 Nomi scientifici e comuni delle pi comuni piante acquatiche 6 1 FUNZIONE DELLA VEGETAZIONE Negli impianti di fitodepurazione le piante hanno un ruolo attivo ai fini della depurazione e non puramente estetico Il trattamento delle acque si basa infatti sulla crescita cooperativa delle macrofite e dei microrganismi ad esse associati che svolgono una buona parte del processo di degradazione della materia organica Le piante acquatiche rimuovono parte delle sostanze indesiderate attraverso l assimilazione diretta nei tessuti e forniscono superficie e am
112. tal modo il substrato non mai saturo d acqua ma vi un alternanza tra fasi di presenza e assenza di refluo L intermittenza consente un ricambio costante dei gas presenti nel suolo stesso O in entrata in uscita permettendo in tal modo un aerazione molto spinta del terreno L elevato tenore d ossigeno consente l instaurarsi dei processi microbici di ossidazione degli inquinanti favorendo il raggiungimento di livelli di depurazione molto elevati Queste caratteristiche consentono di considerare la fitodepurazione a flusso superficiale come la versione naturale dei filtri percolatori a basso carico NI 2 4 cannuccia tubi di i A A p palude distribuzione A A A E y A f b CT ghiaia entrata A NA i os lub dodo onl opts bth obs 224 4 2 ANT 5 4 72 1 Nef y DN ok e Ar AF sabbia s dq E p AS rs PR P o ES lag ghiaia X 2213 27 7 2 3 4 2 2 2 ent ic a DER ATTO rg dir 3 4p X uscita Figura 3 Vantaggi Questi sistemi rispetto a quelli a flusso orizzontale presentano Richiesta contenuta di superfici rispetto ai sistemi a flusso sub superficiale orizzontale i sistemi verticali necessitano di una superficie minore per unit di refluo da depurare in quanto il volume del substrato di riempimento sviluppato in altezza 0 5 1 0 m ae Semplice gestione nel trattam
113. ti Introduzione alla fitodepurazione 33 di 79 1 Brix J 1996 Design criteria for a two stage constructed wetland presented at the 5 International Conference on Wetland Systems for water pollution control DK 2 Crites Tchobanoglous 1998 Small and decentralized wastewater management systems McGraw Hill USA 3 EPA Environmental Protection Agency 832 R 93 001 1993 Subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment a technology assessment USA IOV Ingenier oekologische Vereinigung Deutschland 1994 Behandlung von haeuslichem abwasser in pflaenzenklaeanlagen beitsblatt W1 94 16 S Augsburg DE Kadlec amp Knight 1996 Treatment wetlands Lewis publishers USA Onorm B2505 1998 Bodenfiter Pfanzen AU Reed et al 1995 Natura systems for waste management and treatments USA ATV A 262E 1998 Principles for the dimensioning construction and operation of plant beds for communal wastewater with capacities up to 1000 total number of inhabitants and population equivalents DE 9 Vymazal et al 1998 Constructed wetlands for wastewater treatment in Europe Backhuys Publishers UK 10 WRC 1996 Reed beds and constructed wetlands for wastewater treatment P F Cooper G D Job M B Green R B E Shutes UK Per i sistemi a flusso superficiale a pel
114. ti tempi di residenza idraulica Ci pu essere un fattore limitante in caso di poca disponibilit di spazio o in caso di elevato valore dei terreni elevati oneri di esproprio 2 Possibile insorgenza di cattivi odori e insetti possibile insorgenza di cattivi odori nonch sviluppo di insetti molesti e a rischio sanitario Ci determina una limitata possibilit di applicazione in prossimit di centri abitati b Sistemi a flusso sommerso SSF Subsurface Flow In questi sistemi l acqua scorre al di sotto della superficie e quindi non un diretto contatto tra la colonna d acqua e l atmosfera L acqua scorre attraverso il medium di riempimento ghiaia sabbia ecc in cui si trovano le radici delle piante radicate emergenti Questi impianti stanno incontrando sempre pi interesse rispetto ai FWS in virt dell aumento delle rese depurative a parit di superficie occupata Gli stessi sono sistemi particolarmente adatti e utili per il trattamento secondario di reflui provenienti da situazioni lontane dalla pubblica fognatura a valle di una fossa settica o fossa Imhoff e o per il trattamento di acque grigie e meteoriche A loro volta i sistemi a flusso sommerso si distinguono in Orizzontale HF in cui l acqua si depura in una o pi vasche della profondit di 70 80 cm contenenti materiale inerte su cui si sviluppano le radici delle macrofite Il flusso dell acqua reflua rimane costantemente al di sotto della superficie del medium
115. tituendo il materiale inerte presente come medium nei fitodepuratori tradizionali con un mix di zeolitite naturale la cui superficie specifica varia tra i 200 e i 500 m g si incrementa notevolmente la crescita dei vari microrganismi ai quali demandato il compito di degradare la materia organica potenziando al massimo la capacit del nuovo sistema di abbattere il carico organico inquinante presente in un refluo Avendo il mix di Zeolitite una elevata capacit di scambio cationico inoltre un sistema di fitodepurazione che utilizzi questo materiale come medium di riempimento in grado di rimuovere dalle acque i cationi dei metalli inquinanti trattenendoli all interno del medium stesso purificando l acqua che vi scorre all interno da queste sostanze Introduzione alla fitodepurazione 44 di 79 La condizione che si viene a creare nel letto della Wetland tra le piante in particolare in corrispondenza della rizosfera costituita da tectosilicati chiamati zeoliti i microrganismi e il mix di zeoliti fa si che le zeolititi nome della roccia naturale non si saturino mai ma che si rigenerino in continuo grazie ad un equilibrio biochimico che si rinnova tra i vari cationi presenti nel refluo o nella Zeolite In particolare lo ione Ammonio NH4 la cui concentrazione nei reflui normalmente la pi elevata tra i cationi inquinanti viene in un primo tempo catturato per scambio dalla zeolite presente e poi riceduto sempre per scambio cat
116. tivamente 280 480 o 1550 m di acqua per m di zeolitite perch quest ultima arrivi a saturazione La tipica e piu importante applicazione delle zeolititi proprio lo scambio ionico per il controllo del livello di concentrazione di specie cationiche in acqua Di particolare interesse la rimozione di metalli tossici Cu2 Pb2 e Zn di rifiuti radioattivi 905 e 137 il trattamento di scarichi urbani NH4 la rimozione di in pescicoltura e in acquari la rimozione di cationi rimovibili in genere Rb Li in K Sr Er La metodologia normalmente usata per la depurazione delle acque inquinate di cui sopra la filtrazione su colonna di zeoliti L efficienza di rimozione dipende da molteplici fattori tra cui la concentrazione di cationi competitivi e la selettivit della zeolite In particolare le zeoliti a base di Phillipsite o Clinoptilolite hanno una spiccata selettivit verso lo ione ammonio ed i cationi dei radionuclidi Cs Sr mentre la zeolite a base di Chabasite ha una spiccata selettivit verso i cationi di metalli pesanti Pb Cd Cu Zn As Hg L applicazione di questi materiali in letti orizzontali permette di abbinare all effetto di ritenzione dovuto allo scambio ionico altri trattamenti La fitodepurazione su letto di zeolititi permette l eliminazione di alcune specie trattenute come l ammonio con
117. ua nel sistema Il contatto del biofilm con il substrato ghiaia e sabbia steli di piante radici e sedimento particolarmente importante perch la maggior parte della rimozione degli inquinanti mediata dall attivit microbica La progettazione dovrebbe quindi mirare all ottimizzazione del tempo di permanenza teorico ed in seguito assicurarsi che questo si avvicini il pi possibile nella pratica al tempo di permanenza reale Il tempo di permanenza controllato dalla pendenza del letto dalla vegetazione dall area e dalla forma del letto In estate l evapotraspirazione pu aumentare in maniera significativa i tempi di ritenzione mentre il gelo invernale diminuirli In una fitodepurazione a flusso sommerso l acqua si muove attraverso un medium di riempimento e il tempo di permanenza del refluo al suo interno funzione della percentuale di afflusso e della conduttivit idraulica del medium stesso Carico idraulico Questa fase della progettazione risulta essere la pi complessa poich portate e carichi possono subire sensibili variazioni giornaliere e stagionali a seconda del tipo di utenza allacciata delle condizioni climatiche del regime delle precipitazioni delle infiltrazioni di acque superficiali o di falda in rete ecc Il carico idraulico strettamente legato ai fattori idrologici del sito in cui verr realizzato l impianto condizioni climatiche conducibilit del medium carico organico ecc Il regime di
118. un migliorato effetto di abbattimento Un interessante applicazione delle zeolititi si ha anche per il controllo e l utilizzo di ammonio come fertilizzante sul suolo L uso di questo fertilizzante in concentrazioni troppo alte porta ad effetti tossici e alla bruciatura delle radici delle piante trattate Ne consegue che la fertilizzazione deve essere regolata sia nella quantit che nel frequenza di applicazione del fertilizzante Con l applicazione della zeolite caricata con il fertilizzante di cui sopra si pu invece ottenere un lento rilascio di potassio e ammonio all interno del suolo con riduzione della tossicit e prevenzione del root burning e con minore perdita di azoto contenuto all interno del materiale in seguito a percolazione e dilavamento per pioggia o eccessiva irrigazione 12 3 MICORRIZE E MICORRIZAZIONE Introduzione Le micorrize sono associazioni simbiontiche fra funghi del terreno e radici di piante superiori Il fungo micorrizico assorbe elementi nutritivi dal terreno e li cede alla pianta ospite permettendo alla stessa di disporre una migliore capacit di rifornimento idrico La pianta da parte sua fornisce il carbonio ottenuto dalla fotosintesi al fungo micorrizico consentendone lo sviluppo La simbiosi tra micorriza e pianta permette un maggior sviluppo delle piante micorrizate rispetto a quelle non micorrizate L effetto della micorrizazione essenzialmente un enorme aumento della superficie e del volume r
119. uzione alla fitodepurazione 55 di 79 All interno della tenuta vi sono inoltre tre case famigliari singole abitate tutto l anno e due residences di propriet di famiglie straniere che le abitano per qualche fine settimana all anno in estate e o in inverno il cui sistema di scarico delle acque reflue collegato con quello dell edificio principale di Fischerhof Gli inverni della zona che molto vicina alle montagne sono lunghi e rigidi La tabella sottostante riporta le caratteristiche principali del sito Altitudine 800 m s l m Stagione di maggior utilizzo del sito Estate e inverno sono i periodi di maggior affluenza del ristorante Capacit ricettiva Ristorazione 60 posti al chiuso 20 posti all aperto Produzione di reflui della Circa 26 m giorno pari a circa 170 popolazione permanente Tabella 19 Caratteristiche salienti del sito di Fischerhof La foto seguente offre una veduta del sito L acqua potabile della tenuta proviene da una sorgente che appartiene al proprietario di Fischerhof Prima dell installazione dell impianto di depurazione il ristorante e scaricavano i reflui all interno di una fossa settica L eventuale traboccamento di tale fossa veniva scaricato nel terreno per subirrigazione L elemento principale del sistema di trattamento dei reflui a Fischerhof un impianto di fitodepurazione artificiale da 160 a e Dato che l edificio principale era in restauro stato e
120. vi non ionici BIAS mg l 14 0 3 79 0 1 0 5 400 0 3 0 1 67 Tensioattivi anionici MBAS mg l 11 0 4 64 0 5 0 4 20 0 4 0 3 25 TENSIOATTIVI TOTALI mg l 2 5 07 72 0 6 0 9 50 0 7 04 43 Solfati mg l 64 40 38 40 40 0 40 40 0 Cloruri mg l 139 93 33 40 43 8 54 48 11 Cromo Totale mg l 0 09 0 04 56 0 03 0 03 0 0 03 0 03 0 Solidi sospesi totali SST mg l 65 6 91 8 1 88 6 7 17 Solidi sedimentabili ml l 0 9 0 0 0 0 0 ESCHERICHIACOLI UFC 100ml 300 000 700 100 120 000 5 500 95 4 600 700 85 Tabella 30 VI fase Qi 36 m d 180 S 0 28 m grafici sottostanti riassumono i risultati ottenuti mettendo in relazione il tempo trascorso dall avvio dell impianto con i dati di ingresso e di uscita dell impianto Introduzione alla fitodepurazione 69 di 79 w m m N M VALORE LIMITE IN 86 OUT 80 VALORE GUIDA 5 a M 40 E 5 ale 0 22 2 3 2 2 3 eje 8 1 lslilzls m s i s 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Eqs eR i Se i 4 hs hs ot ots 5 N NH

Introduzione alla Fitodepurazione

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