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    Ldb Permacultura_Mattei presentazione fitodepurazione Ldb Permacultura_Mattei presentazione fitodepurazione Presentation Transcript

    • CON IL CONTRIBUTO DI UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CATANIA Dipartimento Di Ingegner ia A graria gli AROMI – Piant e Aromatiche e Officinal i CENTRO STUDI DI ECONOMIA APPLICATA ALL’INGEGNERIA Seminario di studio sulla progettazione e gestione dei sistemi di fitodepurazione di acque reflue Azienda Agrituristica Valle dei Mar gi – Grammi chele (Catania) 21-22 maggio 2009 I sistemi di fitodepurazione per il trattamento ed il riuso delle acque reflue Prof. Giuseppe Luigi CIRELLI (giuse ppe .cirelli@unict.it ) Dipartime nto di Ingegneria Agraria , Univer sità degli Studi di Catania (www.dia.unict.it) CON IL PATROCINIO DI Agenzia Regionale per i Rifiuti e le acque - Sicilia Associazione Nazionale di Architettu ra Bioecologica Ordine degli Ingegneri della Provincia di Ca tania Associazione Idrotecnica Italiana Sezione Sicilia Orientale Ordine Nazionale dei Biologi Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente Associazione Italiana per la Ingegneria Naturalistica – Sezione Sicilia Ordine dei Dottori Agronomi e dei Dottori Fore stali della Provincia di Catania Associazione Ingegneri Ambiente e Te rri torio - Sicilia Ordine dei Chi mici della Provincia di Ca tania
    • Conventional sanitation (Ingegneria sanitaria convenzionale) •Elevati consumi idrici •Fognature di tipo misto e scarichi concentrati (riduzione della capacità depurativa dei corsi d’acqua) •Commistione di piccole quantitativi di materiale fecale con grandi quantità di acqua •Elevati costi di trattamento e disinfezione •Elevati costi di riuso anche in relazione all’ubicazione degli impianti di depurazione 2
    • Sustainable sanitation (Ingegneria sanitaria sostenibile) •Riduzione dei consumi idrici •Reti di fognatura separate (con trattamento delle acque di prima pioggia) •Riuso acqua e recupero sostanze fertilizzanti di •Separazione alla fonte della sostanza organica di origine fecale (acque nere e acque grigie) •Soluzioni flessibili e adattabili a diverse situazioni economiche e sociali •Tecnologie a basso costo e a 3 basso impatto ambientale
    • Sustainable sanitation (Ingegneria sanitaria sostenibile) TRATTARE E “RIUSARE” LE ACQUE REFLUE IL PIU’ VICINO POSSIBILE AL PUNTO DI ORIGINE Impianti decentralizzati “Privilegiare i piccoli impianti ai grandi impianti” 4
    • SITUAZIONE IN ITALIA DEI SISTEMI DI DEPURAZIONE Circa il 5% degli impianti di depurazione censiti pari a 12.468 (su un totale di 15.162 impianti esistenti) non è in esercizio (ISTAT, 1999). Mancano informazioni sul restante 17 % degli impianti non censiti. censiti. Circa l’70% degli impianti censiti è a servizio di comunità con <2,000 l’ comunità AE (ISTAT, 1999) 5
    • Ripartizione degli impianti di depurazione esistenti in Italia in funzione del numero di AE 2% (50 000÷100 000 AE) (10 000÷50 000 AE) 7.3% 7,3% 1.7% (>100 000 AE) 1,7% 20% (2 000 ÷10 000 AE) 69% (<2 000 AE) Ripartizione in funzione della potenzialità degli impianti di depurazione esistenti in Italia (dati Federgasacqua, 2003). 6
    • L’importanza del trattamento delle acque reflue delle piccole Comunità – ripartizione dei Comuni in Italia e della popolazione residente (ISTAT, 2001) % 80 72,1 70 Comuni 60 Popolazione residente 50 29,8 40 30 18,8 28,5 22,9 22,2 20 5,2 10 0 fino a 5.000 da 5.001 a 20.000 0,5 da 20.001 a 100.000 oltre 100.000 classi di popolazione 7
    • Particolare interesse applicativo hanno alcune tecnologie di trattamento naturali delle acque reflue fitodepurazione serbatoi di accumulo lagunaggio 8
    • SISTEMI NATURALI Notevole interesse all’individuazione ed alla all’ applicazione di tecniche di trattamento delle acque reflue affidabili e di semplice ed economica gestione e manutenzione, anche in relazione alle normative vigenti e all’entità dei all’entità reflui da trattare. Le tecniche naturali vengono denominate anche estensive in quanto i processi di depurazione di tipo chimico-fisicochimico-fisico-biologico richiedono: richiedono: - lunghi tempi (fino ad alcune decine di giorni) (fino giorni) - estese superfici (fino a 10 m2/AE) 9
    • Superficie occupate e consumi di energia di alcuni sistemi di depurazione Superfici occor renti e consumi di ener gia di alcuni sistemi di depurazione TRATTAMENTI PRELIMINARI Fossa settic a a monte di un trattamento secondario Fossa settic a come trattamento a sé sta nte Fossa Imhoff a monte di un trattamento secondario Fossa Imhoff come tr attamento a sé sta nte D EPURAZIONE CON SIS TEMI NATURALI Subirrigazione in terreni dr enanti Subdispersione a goccia Subdispersione drenata Filtrazione le nta intermittente senza ricircolo Filtrazione le nta intermittente con ricircolo Fitode purazione ver ticale (secondario) Fitode purazione ver ticale (terz iario) Fitode purazione subsuperficiale orizzontale (secondario) Fitode purazione subsuperficiale orizzontale (terziario) Fitode purazione supe rficiale (se condar io) Fitode purazione superficiale (terziario) Evapotraspirazione Stagno facoltativo (secondario) Stagno facoltativo (terziario) Stagno aerobico (affinamento) Stagno anaer obico Stagno aerato aerobic o-anaerobico Stagno aerato aerobic o D EPURAZIONE CON SIS TEMI IMPIANTISTICI Filtro perc olatore classico a basso c arico Dischi biologici Filtro biologico aerato (BAF) Percolatore sommer so aerato (SAF) MBB R Fanghi attivi ad aeraz. prol. (a flusso continuo e SB R) Fanghi attivi MBR Trattamento chimico Filtrazione rapida Superficie 2 (m /AE) 0,005÷0,01 0,1÷0,3 0,8÷1,2 0,08÷0,1 0,2÷0,6 Consumi e nergetici [kWh/( AE anno)] 0÷1,8 0 0 0 0 5÷12 4÷10 7÷15 2÷4 1÷2 2÷3 0,7÷1 4÷5 0,7÷1 2÷3 0,5÷1 15÷50 5÷60 2÷6 2÷4 0,2÷0,4 0,6÷0,8 0,5÷0,7 0÷1,10 5,5÷11,0 1 0÷1,10 2 0÷1,10 3÷7 2 0÷1,102 0÷1,10 0 0 0 0 0 3 0÷1,10 0 0 0 20-40 30÷60 0,22÷0,40 0,20÷0,35 0,15÷0,20 0,16÷0,22 0,16÷0,20 0,22÷0,30 0,18÷0,25 0,13÷0,16 0,001÷0,002 0÷ 1,8 0,35÷0,7 55÷80 55÷80 35÷70 55÷80 70÷120 1÷1,8 1,3÷2 1 2 10
    • I sistemi naturali sono diffusamente utilizzati in varie parti del Mondo per la depurazione di acque reflue di tipo: • civile • industriale (agro-industrie) (agro• agricolo (liquami zootecnici) Numerose applicazioni sono state realizzate in Europa nel settore civile per: • trattamento secondario di piccole comunità comunità • trattamento terziario di medie e grandi comunità comunità • affinamento batteriologico ai fini del riuso agricolo 11
    • SITUAZIONE IN ITALIA Il D.Lgs. 152/99 -allegato 5 (aggiornato con D.Lgs 152/2006) D.Lgs. prescrive : “Per tutti gli insediamenti con popolazione equivalente tra 50 e 2000 AE si ritiene auspicabile il ricorso a tecnologie di depurazione fitodepurazione……” naturale quali il lagunaggio o la fitodepurazione……” inoltre “….Tali “….Tali trattamenti si prestano, per gli insediamenti di maggiori dimensione con popolazione equivalente compresa tra i 2000 e i 25000 AE, anche a soluzioni integrate con impianti a fanghi attivi o a attivi biomassa adesa, a valle del trattamento, con funzione di affinamento.” affinamento.” 12
    • Lim iti di em issione in funzione de gli abitanti equivale nti (AE) per gli im pia nti di acque reflue ur bane che recapita no in c orpi idric i s uperficiali (All. 5 - D.Lgs . n. 152/99, modificato con il D.Lgs. 152/2006) Popolazione Aree non sensibili < 2.000 AE Trattamento appropriato Valore 2.000-10.000 AE 10.000-100.000 AE Aree sensibili Trattamento secondario o equivalente Efficienza % Valore BOD5 < 25 mg/L 70-90 BOD5 < 25 mg/L 70-90 COD < 125 mg/L 75 COD < 125 mg/L 75 SST < 35 mg/L 90 SST < 35 mg/L 90 Trattamento secondario o equivalente Trattamento avanzato Valore Efficienza % Valore Efficienza % BOD5 < 25 mg/L 80 COD < 125 mg/L > 100000 AE Efficienza % 75 BOD5 < 25 mg/L COD < 125 mg/L 80 75 SST < 35 mg/L 90 Ntot < 15 mg/L 70-80 SST < 35 mg/L 90 Ptot < 2 mg/L 80 Trattamento secondario o equivalente Trattamento avanzato Valore Efficienza % Valore Efficienza % BOD5 < 25 mg/L 80 BOD5 < 25 mg/L 80 COD < 125 mg/L 75 SST < 35 mg/L 90 COD < 125 mg/L 75 Ntot < 10 mg/L 70-80 SST < 35 mg/L 90 Ptot < 1 mg/L 80 13
    • D.M. 185/2003 “Normativa sul riutilizzo delle acque reflue” Requisiti di qualità delle acque reflue recuperate destinate ai vari usi ALCUNI PARAMETRI CHIMICO-FISICI Parametro Unità di misura Valore limite tab. A PH 6-9,5 SAR Materiali grossolani Commento 10 Assenti Solidi sospesi totali valore guida mg/l 10 BOD5 mg O2/l 20 COD mg O2/l 100 Fosforo totale Azoto totale mg P/l mg N/l 2 15 riuso irriguo: 10 riuso irriguo: 35 mg NH4/l 2 valore guida dS/m 3 valore guida; valore limite: 4 Azoto ammoniacale Conducibilità elettrica PARAMETRI MICROBIOLOGICI Parametro Unità di misura Valore limite tab. A Valore limite lagunaggio e fitodepurazione Escherichia coli UFC/100 ml 10 (80% dei campioni) 100 (valore puntuale max) 50 (80% dei campioni) 200 (valore puntuale max) Salmonella Assente (100% dei campioni) 14
    • FITODEPURAZIONE: definizione Negli impianti di fitodepurazione o “aree umide artificiali” (“constructed wetlands”), vengono riprodotti, in un ambiente controllato, i processi depurazione naturale caratteristici delle zone umide e ottenuti prevalentemente dall’azione combinata di: suolo, vegetazione e microrganismi 15
    • Classificazione dei sistemi di fitodepurazione in funzione del regime idraulico Flusso superficiale Siste ma a flusso superficiale (FWS) Flusso subsuperficiale Siste ma a flusso sommerso orizzonta le (SFS-h) Siste ma a flusso sommerso verticale (SFS-v) 16
    • Classificazione dei sistemi di fitodepurazione (modificata da Brix, 1993) SISTEMI DI FITODEPURAZI ONE SISTEM I A MACROFI TE RADI CATE SI STEMI A M ACROFI TE EMERGENTI SISTEMI A FL USSO SUBS UPERFICIALE (SSF) SISTEM I A FL USSO SUBS UPERFICIAL E ORIZZONTALE (H-S SF) SISTEMI A M ACROFITE GAL LEGGIANTI SISTEMI A MACROFI TE SOMMERSE SISTE MI A FLUSSO S UPERFICI AL E (FW S) SISTEMI A FL USSO SUBSUPERFI CIALE VERTI CALE (V-SS F) 17
    • Macrofite galleggianti Giacinto d’acqua (Eichornia crassipes) Lenticchia d’acqua Lattuga d’acqua (Lemna sp.) (Pistia stratiotes) 18
    • Macrofite radicate Cannuccia di palude Mazza di tamburo Papiro (Phragmites australis) (Typha latifolia ) (Cyperus papyrus) 19
    • Principali macrofite radicate emergenti NOME SCIENTIFICO NOME VOLGARE Phragmites australi Cannuccia di palude Typha latifolia Mazza di tamburo Typha angustifolia Stiancia Juncus sp. Giunco Schoenoplectus lacustris Giunco da corde Cyperus sp. Cipero Scirpus lacustris Giunco di palude Carex hirta Carice eretta Carex acutiformis Carice acuto Epilobium hirsutum Epilobio maggiore Iris pseudacorus Gladiolo delle paludi Epatorium cannabium Canapa d’ acqua Lythrum salicaria Salcerella Phalaris arundinacea Canaria Glyceria maxima Gramigna di palude • 34 tab 20
    • Principali specie di macrofite radicate sommerse NOME SCIENTIFICO NOME VOLGARE Potamogeton lucens Lingua d’oca Myriophyllum spicatum Millefoglio d’ acqua comune Myriophyllum heterophillum Millefoglio Elodea canadensis P este d’ acqua comune Egeria densa P este d’ acqua maggiore Principali specie di macrofite galleggianti NOME SCIENTIFICO NOME VOLGARE Eichornia crassipes Giacinto d’ acqua Lemna trisulca Lenticchia d’ acqua spatolata Lemna gibba Lenticchia d’ acqua gigante Lemna minor Lenticchia d’ acqua Nymphaea alba Ninfea comune Hottonia palustris Violetta d’ acqua Hydrocharis morsus-ranae Morso di rana Hydrocotyle umbellata Soldanella d’ acqua Hydrocotyle rannuncoloides Soldanella reniforme Pistia stratiotes Lattuga d’ acqua Trapa sp. Castagna d’ acqua 21
    • Scarico degli insediamenti civili o produttivi • Le acque provenienti da insediamenti civili o produttivi aventi una potenzialità inferiore a 50 A.E. possono essere smaltite sul terreno previo trattamento di sedimentazione primaria (mediante fossa Imhoff) e successiva dispersione a mezzo pozzo disperdente o condotta di subirrigazione. • Gli insediamenti con potenzialità > 50 A.E. devono essere dotati di un idoneo sistema di trattamento e smaltimento delle acque reflue conforme ai limiti sullo scarico previsti dalla normativa. In tal caso il corpo ricettore deve essere un corpo idrico, lo scarico sul suolo è consentito qualora non esistano le condizioni per potere raggiungere un idoneo corpo ricettore idrico 22
    • Fase di trattamento prima dell’ingresso nel sistema di fitodepurazione A monte di un impianto di fitodepurazione occorre almeno una fase di trattamento preliminare (grigliatura+ disoeleatura) e primario (sedimentazione primaria) 23
    • FITODEPURAZIONE Sistemi a flusso superficiale (FWS) • Bacini di forma bassa profondità h allungata e • Utilizzati prevalentemente come trattamento terziario • a macrofite radicate emergenti (Phragmites, Typha, Juncus, Scirpu s, Carex, etc.) • a macrofite galleggianti (Lemna, Giacinto d’acqua, etc..) • a macrofite radicate sommerse (Potamogeton, Myriophyllu m heterophillum, Elodea) • a microfite o microalghe Diatomee, Cianoficee) • Prestazioni significativamente variabili con le stagioni (poco applicabile in climi rigidi) • Problemi di impatto ambientale • Superficie occupata (oltre 3-4 m2 /AE per un trattamento terziario) • Pochi esempi di applicazione in Europa e in Italia (Cloroficee, 24
    • Sistemi con macrofite galleggianti 25
    • Sistemi con macrofite radicate emergenti a flusso superficiale h 26
    • I SISTEMI A FLUSSO SUPERFICIALE SONO DIFFERENTI DAI SISTEMI DI LAGUNAGGIO VEN TO LUCE SOLARE (l' azio ne de l ven to favo risce la mi scela zion e e l'a erazi one ) (se n on è pre sente ossi ge no ne gli strati sup erio ri po ssono e ssere rila scia ti g as odo riferi) O2 (du ran te l e ore di urne ) O2 CO2 H 2 S O 2 disciolto soli di di scio lti e coll oid ali so li di sed imen ta bil i n uove ae razio ne a lgh e sup erficia le AL GH E profo ndità Su perfici e liq uid a IMMISSION E LIQU AME no CO2 O2 BATTERI AEROBI nu ovi ba tteri tt e gi no or EFFLU ENTE ZON A AEROBIC A H 2SO 4 H 2S+ 2O 2 ZONA FACOLTATIVA SEDIMENTI cell ule mo rte Rifiuti org ani ci aci di o rgan ici al col i, a lde id i CH 4 CO 2 NH3 H 2S ZONA ANAEROBICA SCHEMA DI UNO STAGNO FACOLTATIVO (modificata da Metcalf and Eddy, 1991) 27
    • Sistemi a flusso superficiale (foto IRIDRA) 28
    • Sistemi a flusso superficiale
    • Sistema H-SSF + FWS 30 (fonte G. Cooper)
    • Wakodahatcee Wetlands - Palm Beach County, Florida Nel 1996 circa 20 ettari di vasche di infiltrazione sono state convertite in sistemi FWS Dopo 3 anni si contavano già 174 specie di uccelli di cui 13 31 strettamente dipendenti dalla wetland. (fonte Hans Brix)
    • Wakodahatcee Wetlands - Palm Beach County, Florida 32 (fonte Hans Brix)
    • Sistema a flusso superficiale per trattamento terziario (foto H. Brix) il 33
    • Superficie complessiva bacini 8.400 m2 34
    • 35 (fonte Hans Brix)
    • 36 (fonte Hans Brix)
    • 37 (fonte Hans Brix)
    • 38 (fonte Hans Brix)
    • 39 (fonte Hans Brix)
    • 40 (fonte Hans Brix)
    • Piracicaba - Brasile 41 (fonte Hans Brix)
    • Sistemi a flusso sub-superficiale orizzontale (H-SSF) sub(H- • Semplicità ed economia gestionale • Presenta modeste perdite di carico • Assenza di acqua libera (sviluppo di insetti modesto) • bacini impermeabilizzati di forma rettangolare allungata e altezza intorno a 60 cm • riempimento in materiale ghiaioso o misto ghiaioso-sabbioso • il liquame viene fatto fluire or izzontalmente in continuo attraverso il terreno in cui sono radicate le macrofite (prevalentemente Phragm ites s p.) • funzionamento in condizioni di terreno saturo, ma con il livello idrico non affiorante • trattamento secondario a servizio di piccole o piccolissime comunità • Superficie occupata ≈ 4-5 m 2/AE (trattamenti secondari) e 1-2 m 2/AE (trattamenti terziari) • Molto efficace nella rimozione di sostanza organica e SST, meno per la rimozione dei nutrienti • Interessanti pre stazioni nella riduzione della carica batterica • Molto utilizzato in Europa, numerose applicazioni anche in Italia 42
    • (fonte Artec Ambiente srl) 43
    • Sistema a flusso subsuperficiale orizzontale (SSF- H) 44
    • Sistemi con macrofite radicate emergenti a flusso sub-superficiale orizzontale 45
    • Sistema a flusso subsuperficiale orizzontale - HSSF 46 (fonte IRIDRA)
    • Sistema a flusso subsuperficiale orizzontale - HSSF (fonte IRIDRA) 47
    • FITODEPURAZIONE Sistemi a flusso sub-superficiale verticale (V-SSF) sub(V• Sviluppati come alternativa al flusso orizzontale, allo scopo di migliorare l’aerazione del terreno, favorendo i processi aer obici • Presentano rendimenti miglior i rispetto al flusso orizzontale (riduzione fino al 50% delle superfici a par ità di rendimento) • bacini impermeabilizzati di forma rettangolare e altezza variabile da 40 a oltre 80 cm • riempimento in materiale ghiaioso e sabbioso, a volte con stratificazioni a granulometr ia variabile • il liquame viene fatto fluire verticalmente attraverso il terreno in cui sono radicate le macrofite (prevalentemente Phra gmites) • funzionamento con cicli di riempimentosvuotamento in modo da migliorare al massimo l’aerazione del terreno • usati efficacemente come trattamento secondar io o terziario • Sono in grado di nitrificare efficacemente, e spesso utilizzato a questo scopo in accoppiamento ai sistemi orizzontali • Perdite di carico maggiori dei sistemi orizzontali • Distr ibuzione omogenea del liquame su tutta la superficie costituisce problema idraulico non banale un • Necessaria una regolazione idraulica dell’uscita • Le applicazioni sono ancora poche a causa delle difficoltà sopra evidenziate 48
    • (fonte Artec Ambiente srl) 49
    • Sistemi con macrofite radicate emergenti a flusso sub-superficiale verticale 50
    • Sistema a flusso subsuperficiale verticale - VSSF Impianto a flusso sub-superficiale verticale di Medmenham. Messa a dimora subMedmenham. delle macrofite (Cooper et al., 1996) 51
    • Sistema a flusso subsuperficiale verticale - VSSF Impianto a flusso sub-superficiale verticale WRc di Medmenham a regime (luglio 1994) sub(Cooper et al., 1996) 52
    • 53 (fonte IRIDRA)
    • SOLUZIONI IMPIANTISTICHE Le combinazioni impiantistiche maggiormente utilizzate sono (Pucci et al., 2004): • H-SSF + V-SSF: lo stadio a flusso sommerso orizzontale rimuove gran parte dei solidi sospesi e del carico organico mentre lo stadio a flusso verticale effettua una rilevante ossidazione e un’ efficace nitrificazione. In alcuni casi viene previsto un ricircolo dell’effluente in testa all’impianto per migliorare le percentuali di rimozione dei nitrati tramite i processi di denitrificazione che si verificano nel H-SSF; • V-SSF + H-SSF: lo stadio a flusso sommerso orizzontale assolve alla funzione di denitrificazione dell’effluente in uscita dal sistema verticale; • H-SSF + V-SSF + FWS: lo stadio a flusso libero finale oltre a completare la rimozione delle sostanze azotate, affina ulteriormente l’abbattimento della carica microbiologica. 54
    • RUOLO DELLA VEGETAZIONE Mantenimento nel breve e lungo periodo della porosità del substrato (sistemi a flusso subsuperficiale) Riduzione del volume del refluo per effetto della evapotraspirazione (effetto indesiderato nel caso del riuso) Assorbimento ed asportazione di N,P,K e di elementi tossici (metalli pesanti) Filtrazione attraverso l’apparato radicale che offre inoltre un supporto ai microrganismi (prevalentemente aerobici) Trasferimento dell’ ossigeno al substrato sommerso 55
    • Fenomeni di rimozione nei sistemi di fitodepurazione Costituente Meccanismi di Rimozione (in ordine di rilevanza) Solidi Sospesi • Sedimentazione / Filtrazione • Degradazione BOD • Degradazione microbica (aerobica ed anaerobica) • Sedimentazione (accumulo di materiale organico/fango sulla superficie del sedimento) Azoto • Trasformazione in ammoniaca, seguita da nitrificazione e denitrificazione microbica • Assunzione diretta da parte delle piante o delle alghe • Volatilizzazione dell’ammoniaca Fosforo e microinquinanti persistenti • Adsorbimento da parte del suolo (reazioni di adsorbimento-precipitazione con Al, Fe, Ca e minerali argillosi presenti nel suolo) • Assunzione diretta da parte delle piante o delle alghe Patogeni • • • • Sedimentazione / Filtrazione Decadimento spontaneo, predazione Radiazione UV Escrezione di antibiotici dalle radici delle macrofite (???) 56
    • Processo Processi di rimozione dei principali inquinanti in un impianto di fitodepurazione Inquinanti coinvolti Spiegazione Processi fisici P – solidi sospesi Sedimentazione per gravità dei solidi e S – solidi colloidali inquinanti associati A – BOD, azoto, Sedimentazione fosforo, metalli pesanti, sostanza organica refrattaria, batteri e virus S – solidi sedimentabili, Le particelle vengono filtrate e trattenute Filtrazione solidi colloidali durante il passaggio attraverso il substrato, le radici, ecc. Adsorbimento S – solidi colloidali Per azioni di forze di Van der Waals P – sostanze organiche Le sostanze organiche con alta pressione di volatili, sostanze vapore passano all’atmosfera dove possono Volatilizzazione aromatiche, composti venire eventualmente ossidate alogenati leggeri Processi chimici P – fosforo, metalli Formazione di, o coprecipitazione di, Precipitazione pesanti composti insolubili P – fosforo, metalli Adsorbimento sul substrato e superfici pesanti organiche Adsorbimento S – sostanza organica refrattaria P – sostanza organica Decomposizione di composti meno stabili Decomposizione refrattaria per radiazione UV, ossidazione e riduzione Processi biologici P – solidi colloidali, Rimozione dei solidi colloidali e della BOD, azoto, sostanza organica disciolta dai batteri Metabolismo sostanza organica associati alla vegetazione microbico refrattaria, metalli Nitrificazione/denitrificazione batterica pesanti Ossidazione microbica di metalli S – sostanza organica Assorbimento e metabolizzazione della Metabolismo refrattaria, batteri e sostanza organica della vegetazione vegetale virus Essudati radicali potenzialmente tossici per organismi enterici S – azoto, fosforo, Le piante ne assorbono discrete quantità in Adsorbimento metalli pesanti, presenza di adeguate condizioni vegetale sostanza organica refrattaria P – batteri e virus Morte naturale degli organismi in un Morte naturale ambiente sfavorevole P = effetto principale; S = effetto secondario; A = effetto accidentale (cioè si verifica accidentalmente durante la rimozione di altri inquinanti) 57
    • EFFETTI DELLE MACROFITE NEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE Riduzione della velocità del flusso idrico Riduzione della velocità del vento sulla superf icie dell’acqua (FWS) Attenuazione della luce EFFETTI FISICI Filtrazione Prev enzione della formazione di canali di erosione Riduzione dei fenomeni di intasamento del medium poroso Disponibilità di superfici per la formazione del biofilm Isolamento termico Assimilazione di nutrienti e metalli pesanti Rilascio di ossigeno dalle radici e rizomi EFFETTI BIOLOGICI Incremento dell’ev apotraspirazione Formazione e rilascio di carbonio organico Rilascio di sostanze antibiotiche dalle radici Conf erimento di un aspetto esteticamente apprezzabile al sistema ALTRI EFFETTI Formazione di habitat f avorevoli all’insediamento della fauna Formazione di biomasse 58
    • Importanza relativa del ruolo svolto dalle piante nei sistemi di fitodepurazione (Brix, 1994) Funzioni della vegetazione Stabilizzazione della superficie del sedimento Prevensione intasamento del medium Riduzione della velocità della corrente Attenuazione della luce Isolamento termico Supporto per biofilm batterico Assorbimento nutrienti Trasferimento e rilascio di ossigeno Habitat per fauna Estetica Flusso Superficiale Flusso Sub-Superficiale Flusso Sub-Superficiale Verticale Sistemi Combinati + ++ + + ++ + ++ + ++ + ++ - - ++ ++ + + + ++ + ++ + - - - + ++ + + ++ + + ++ ++ + ++ + + ++ + ++ + ++ + + ++ + + + + ++ + + + - + + ++ + + + ++ + + + ++ + + ++ + ++ + ++ + + ++ + + + + + + 59
    • RENDIMENTO DEPURATIVO SISTEMI DI FITODEPURAZIONE SUPERFICIALI FWS (DIA- UNICT, 2007) Numero impianti (*) BOD5 COD NTOT N-NH4 PTOT SST (%) (%) (%) (%) (%) (%) Australia 7-8 34 n.r. 60 53 -17 -11 Cina 1-5 72 62 57 41 59 84 Greenway e Woolley, 2001 Xianfa e Chuncai, 1995 Song et al., 2006 Belgio 12 n.r. 61 31 n.r. 26 75 Rousseau et al., 2004 Egitto 1 78 68 n.r. n.r. 32 57 Estonia 1 81 n.r. 66 n.r. 69 n.r. El Khateeb e El Gohary, 2002 Mander e Mauring, 1997 Finlandia 2 n.r. n.r. 22 35 30 28 Koskiaho et al., 2003 Grecia 1 94 96 n.r. n.r. 53 95 Dialynas et al., 2002 Indonesia 1 n.r. 88 43 n.r. 86 n.r. Meutia, 2001 Italia 1 50 9 n.r. n.r. n.r. n.r. Romagnolli, 2000 Nord America 69 74 n.r. 53 54 57 70 Thailandia 1 58 n.r. n.r. 40 26 57 Kadlec e Knight, 1996 USEPA, 2000 Klomjek e Nitisoravut, 2005 Turchia 3 50 40 53 n.r. 34 n.r. Tunçsiper et al. 2004 1-48 n.r. 48 14 32 39 49 Carleton et al., 2001 Reddy et al., 2001 69 59 44 51 44 60 Nazione USA MEDIA Fonte 60
    • Numero impianti (*) BOD5 COD NTOT N-NH4 PTOT SST (%) (%) (%) (%) (%) (%) 3 1 75 93 68 80 n.r. 51 18 91 22 70 88 88 2 1 1-2 71 n.r. 69 90 80 72 71 81 66 33 78 35 40 n.r. n.r. 21 34 48 72 51 32 86 38 98 73 52-80 86 75 43 33 27 86 1-4 1 1 1-8 78 n.r. 94 84 78 n.r. 94 76 n.r. 46 57 79 n.r. 57 n.r. 85 39 77 27 95 78 96 97 1 1-24 3 2-3 54 63 n.r. n.r. n.r. 81 56 68 n.r. 64 n.r. 38 n.r. 58 30 44 n.r. 49 9 n.r. 64 84 63 70 8-34 68 n.r. 56 25 33 79 5-6 83 64 24 n.r. 46 77 32-56 87 75 42 43 51 85 5 80 81 n.r. 77 n.r. n.r. Spagna Svezia Tanzania Turchia Uganda 1-3 3 1 1 1 79 93 n.r. 31 57 72 n.r. 50 n.r. n.r. n.r. 40 n.r. n.r. 63 25 n.r. 20 50 56 36 58 n.r. n.r. 54 92 n.r. n.r. n.r. n.r. USA 1-4 78 79 61 73 n.r. 46 26 38 19 38 90 81 Nazione Australia Austria RENDIMENTO DEPURATIVO SISTEMI DI FITODEPURAZIONE SUBSUPERFICIALI ORIZZONTALI H-SSF (DIA-UNICT, 2007) Belgio Brasile Cina Danimarca Danimarca e UK Egitto Estonia Francia Germania Giordania Italia Marocco Nepal Nord America Polonia Repubblica Ceca Slovenia MEDIA 61
    • Numero impianti (*) BOD5 COD NTOT N-NH4 P TOT SST (%) (%) (%) (%) (%) (%) 1-3 96 70 36 91 63 92 Haberl et al., 1998 Haberl e Langergraber 2003 Austria e UK 4 96 87 38 66 58 90 Haberl et al., 1995 Belgio 6 n.r. 94 52 n.r. 70 98 Rousseau et al., 2004 Cina 1 82 n.r. 39 n.r. 46 n.r. Perfler et al., 1999 Colombia 1 72 63 n.r. n.r. n.r. 59 Gi raldo e Zàrate, 2001 Estonia 1 82 n.r. 36 n.r. 74 n.r. Francia 3-27 98 92 88 88 44 96 Germania 3 96 91 42 81 58 n.r. Mander e Mauring, 1997 Molle et al. 2004 Chazarenc e Merli n 2004 Paing e Voisi n 2004 Li énard e Boutin, 2003 Luederit z et al., 2001 Gschlößl et al., 2004 Kern e Idler 1999 Grecia 1 97 94 n.r. 94 n.r. 99 Montgomery, 1997 Indonesia 1 n.r. 95 82 n.r. 95 n.r. Meutia, 2001 Israele 1 97 96 98 n.r. 99 n.r. Korkusuz, 2005 Italia 3-7 88 82 34 90 76 80 Piraccini, 1997 Iannelli, 2001 Pucci et al., 2005 Nepal 1 97 93 n.r. 96 n.r. 97 Shrestha et al., 2001 1-5 n.r. 85 68 52 74 n.r. Billeter et al., 1998 2 n.r. 96 n.r. 98 n.r. 100 1-11 74 53 45 53 38 59 1-2 97 81 59 90 n.r. 84 Kantawanichkul et al., 1999 Tunçsi per et al. 2004 Korkusuz et al., 2005 Sun et al., 1999 Weedon, 2001 91 83 67 79 53 91 Nazione Austria RENDIMENTO DEPURATIVO SISTEMI DI FITODEPURAZIONE SUBSUPERFICIALI VERTICALI V-SSF (DIA-UNICT, 2007) Svizzera Thailandia Turchia UK MEDIA Fonte 62
    • RENDIMENTO DEPURATIVO: RIMOZIONE MICROORGANISMI Per quanto riguarda i microrganismi indicatori, quali coliformi fecali ed Escherichia coli, diversi autori (Gersberg et al., 1989; Bavor et al., 1989; Kadlec e Knigth, 1996; Haberl et al., 1998; Kantawanichkul et al., 1999) riportano efficienze di rimozione dell’ordine di 1-2 unità logaritmiche (pari al 90-99%), con valori massimi fino a 3 unità logaritmiche (99,9%) ottenute in sistemi realizzati in regioni con clima mediterraneo (Barbagallo et al., 2002). In Sicilia, inoltre, sono stati raggiunti ottimi risultati (fino al 100%) nella rimozione di Salmonella e uova di elminti (Barbagallo et al., 2003). 63
    • RENDIMENTO DEPURATIVO: RIMOZIONE METALLI I sistemi FWS presentano percentuali di rimozione dei metalli piuttosto contenute e strettamente dipendenti dalle specie vegetali presenti. Ottime capacità di bioaccumulo di metalli da parte della lenticchia d’acqua, in particolare per il cadmio, il rame ed il nichel, e del giacinto d’acqua in grado di rimuovere percentuali variabili dal 18% di arsenico al 68% di rame (Zayed et al., 1998, Romagnolli, 2000). I sistemi a flusso subsuperficiale hanno dimostrato una buona capacità di sequestro dei metalli: sono state riscontrate efficienze di rimozione di rame, zinco e cadmio rispettivamente pari al 99, 97 e 99%, con tempi di ritenzione idraulica di 5,5 giorni (Gersberg et al., 1985). 64
    • Impianto di fitodepurazione H-SSF a doppio stadio. Valore medio ed efficienze di rimozione dei parametri chimico – fisici (da Vymazal 2004) (Conce ntrazione in m g/L, efficie nza in %) Parametro Al Cr Cu Fe Mn Ni Pb Zn Punti di campionamento Anno Efficienza 2002 1 3772 2 551 3 169 4 < 40 > 98,9 2003 1456 638 < 40 < 40 > 97,3 2002 7 0,52 < 0,5 < 0,5 > 92,9 2003 9,3 16,9 0,66 0,88 90,5 2002 8 4,4 < 2,0 < 2,0 > 75,0 2003 74,7 13,3 2,05 < 2,0 > 97,3 2002 1754 301 151 348 80,2 2003 779 431 133 117 85 2002 111 109 129 404 -263 2003 145 83 60 147 -1,4 2002 10,4 1,67 2,78 4,61 55,7 2003 29,9 9,4 3 3,2 89,3 2002 7,4 5,8 < 2,0 < 2,0 > 73,1 2003 12,8 10,6 2,9 2,2 82,8 2002 109 73,2 10,5 6,4 94,1 2003 219 120 18,7 12,6 98,8 65
    • Separazione acque grigie e nere 66
    • Separazione urine 67
    • Rete duale: alimentazione degli scarichi del WC con acque reflue depurate 68
    • Impianto di fitodepurazione per il trattamento delle acque grigie (Oslo, Norvegia) (fonte Hans Brix) 69
    • Impianto di fitodepurazione per il trattamento delle acque grigie (Oslo, Norvegia) (fonte Hans Brix) 70
    • Impianti di fitodepurazione “a scarico zero” 71 (fonte Hans Brix)
    • Impianti di fitodepurazione “a scarico zero” 72 (fonte Hans Brix)
    • Impianti di fitodepurazione per insediamenti rurali sparsi Agriturismo Spannocchia (60 a.e.) – Chiusdino (SI) (fonte IRIDRA) 73
    • Impianti di fitodepurazione – Applicazioni particolari 74
    • Impianti di fitodepurazione - Applicazioni particolari Biopiscine 75
    • INTERESSE APPLICATIVO DELLA FITODEPURAZIONE Relativa facilità di realizzazione anche da imprese locali facilità Assenza (quasi sempre) di apparecchiature elettroelettromeccaniche Produzione di fanghi modesta Semplicità Semplicità ed economicità di gestione e manutenzione economicità Affidabilità Affidabilità nel rendimento ed elevata efficienza nella rimozione di alcuni inquinanti Ottima capacità “buffer” per assorbire punte di carico capacità buffer” idraulico ed organico Ottimo inserimento ambientale Possibilità Possibilità di recupero di aree marginali 76
    • SITUAZIONE IN ITALIA DEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE TRENTINO-ALTO ADIGE N. Impianti Fitodepurazione VALLE D'AOSTA Piemonte 5 Liguria FRIULI-VENEZIA GIULIA 2 Lombardia 11 18 a 73 11 a 18 7 a 11 5a 7 3a 5 2a 3 1a 2 Veneto 38 EMILIA-ROMAGNA 18 Toscana 73 Marche Umbria 3 7 Lazio 5 (3) (1) (1) (3) (2) (2) (2) ABRUZZI MOLISE Puglia 2 CAMPANIA Sardegna 5 Basilicata 1 CALABRIA Sicilia 3 Il numero di impianti di trattamento naturali è modesto (circa 200) ed è costituito prevalentemente da sistemi di fitodepurazione a servizio di piccole comunità (Masi, 2002) comunità 77
    • SITUAZIONE IN ITALIA DEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE HF 61% Oth. 6% RCW 1% BUFFER ZONES 1% VF 7% HF + FWS 7% HF+VF 4% HF + VF + FWS 3% Diffusione delle diverse tipologie di fitodepurazione (modificato da Masi, 2002) FWS 10% impianti di 78
    • SITUAZIONE IN ITALIA DEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE Distribuzione del n° di impianti per numero di a.e. 50 numero di impianti 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 01-10 10-50 50-100 100-500 500-1000 1000-2000 200010000 >10000 Intervalli abitanti equivalenti Distribuzione del numero di impianti per fasce di utenza (modificato da: Masi, 2002) 79
    • Sistema di fitodepurazione per il riuso delle acque reflue – S. Michele di Ganzaria (CT) Fase di costruzione letto F2 – 09/2006 2 mesi dopo la messa a dimora di Phragmites sp.– 03/2001 9 mesi dopo la messa a dimora di Phragmites sp.– 09/2001 80
    • Sistema di fitodepurazione di Corleone (PA) per l’irrigazione di una pista ciclabile Linea "P" Impianto di depurazione A W m3 /giorno m2 m Letto F1 104 196 7.00 Letto F2 104 276 Linea "1" Impianto di sollevamento S2 con vasca di accumulo Pozzetto P4 Pozzetto di regolazione "P3" 8.00 Letto di fitodepurazione "F2" Linea "0" Q Linea By-Pass Condotta di sfioro Impianto di sollevamento S1 Pozzetto P1 Linea "2" Pozzetto di inizio condotta "P5" Pozzetto di regolazione "P3" Letto di fitodepurazione "F1" Pozzetto di ispezione "P2" 81
    • Sistema di fitodepurazione di Corleone (PA) per l’irrigazione di una pista ciclabile 82
    • Applicazioni della fitodepurazione nell’ambito dei “Contratti di quartiere II” (D.A. 7 agosto 2003) Nell’ambito del “programma di sperimentazione” il DIA-UNICT ha collaborato con i comuni di Paternò (CT) e Riposto (CT) per la progettazione preliminare di 2 sistemi di fitodepurazione per il trattamento e il recupero delle “acque grigie” provenienti da alcuni insediamenti abitativi (120-200 AE). Con i suddetti comuni sono stati stipulati dei protocolli per “attività di sperimentazione” sui sistemi di fitodepurazione previsti in progetto. Le “acque grigie” verranno utilizzate per l’irrigazione delle aree a verde; inoltre si prevede di realizzare una rete duale per l’alimentazione dei scarichi dei wc con le acque piovane. 83
    • La fitodepurazione per i piccoli insediamenti e le case sparse dispersore con tubazione in PVC forato dispersore con tubo in PVC forato 0,80 0,60 pietrame 30-50 mm pietrisco 8-10 mm fossa Imhoff sezione longitudinale sezione trasversale Si rende necessaria preliminarmente una fase di sedimentazione tramite fossa tipo IMHOFF, potrebbe essere necessaria anche l’installazione di un degrassatore per la rimozione degli oli e grassi. 84
    • F 2Sistema H-SSF in corso sub realizzazionele(incorsodi realizzazione) a igura –Im ntodi fitod urazioneaflu disu pia ep sso perficialeorizzonta a servizio di serv un’abitazione ta iziod u i n’abitazioneisolaisolata: particolare della substrato lavico (pietrisco di cava n.1) 85
    • Figura 4 – Particolare della tubazione di drenaggio del liquame in un impianto di fitodepurazione a Sistema H-SSF in corso di realizzazione a servizio di flusso subsuperficiale orizzontale un’abitazione isolata: particolare della tubazione di drenaggio 86
    • Figura 5 – Particolare del pozzetto per la regolazione del livello idrico in un im pianto di fitodepurazione a Sistema H-SSF in corso di realizzazione a servizio di flusso subsuperficiale orizzontale un’abitazione isolata: particolare del sistema di regolazione del livello idrico posto all’uscita 87
    • Impianto di fitodepurazione per il trattamento e riuso delle acque grigie (4 AE) 88
    • Agriturismo Valle dei Margi - Schema sistema di trattamento e smaltimento (stato di fatto) trattamento preliminare e primario (fossa settica, fossa Imhoff sistema individuale aerazione prolungata) dispersione nel terreno assorbimento in falda Dispersione nel terreno quale sistema di trattamento e nel contempo di smaltimento finale. fossa settica trincea di subdispersione Sistema di subirrigazione nel terreno con trincee drenanti 89 per insediamenti isolati.
    • Agriturismo Valle dei Margi - Schema sistema di trattamento e smaltimento (stato di progetto) Schema innovativo Sistema di smaltimento particolarmente idoneo per insediamenti isolati > 50 AE 90
    • Impianto di fitodepurazione Azienda Agrituristica Valle dei Margi – Grammichele Album foto di cirelli Progetto realizzato dal Pr of. Marco Navarra e da l prof. Giuse ppe Luigi Cire lli
    • Progetto realizzato dal Pr of. Marco Navarra e da l prof. Giuse ppe Luigi Cire lli Impianto di fitodepurazione Azienda Agrituristica Valle dei Margi – Grammichele 92
    • Impianto di fitodepurazione Azienda Agrituristica Valle dei Margi – Grammichele (150 AE) Realizzazione rilevato sponde Progetto realizzato dal Pr of. Marco Navarra e da l prof. Giuse ppe Luigi Cire lli 93
    • GRAZIE PER L’ATTENZIONE ! L’attività di ricerca sui sistemi di fitodepurazione è stata attività principalmente svolta nell’ambito dei progetti di ricerca AQUATEC nell’ (www.ponaquatec.com) e INWATERMAN (www.inwaterman.eu) www.ponaquatec.com) Prof. Salvatore BARBAGALLO – coordinatore Prof. Giuseppe Luigi CIRELLI Ing. Attilio TOSCANO Ing. Simona CONSOLI Dott. Antonio BARBERA Dott.ssa Vanessa DI GRANDE Dott. Mirco MILANI Dott.ssa Alessia MARZO 94