"Gestione di scolmatori di fognatura mista: casi studio in area costiera"

1. Ges$one di scolmatori di fognatura mista: casi
studio in area cos$era
Prof. Ing. Francesco FATONE, PhD, IWA Fellow
Water and Waste Environmental Engineering Lab
Università Politecnica delle Marche

2. METODOLOGIA PER L’ANALISI DEGLI SCOLMATORI DI PIENA: funzionamento di sistemi di
fognatura mista durante importan$ even$ di pioggia
Sistemi di ges$one e
monitoraggio
Matzinger et al, 2010

3. FONTI/INQUINANTE
Coliformi BOD5 TSS TKN P
CFU/100ml mg/l mg/l mg/l mg/l
Acque reflue non traNate 10^6-10^9 88-451 118-487 33.0 5.8
Sovraflussi Re$ Miste/CSO 10^4-10^6 43.0 127 3.6 0.7
Sovraflussi Re$ Separate/CSS 5081 8.6 58 1.4 0.3
Acque reflue traNate < 200 30.0 30 3.9 1.6
CONFRONTO TRA I DATI DI CONTAMINAZIONE (IN CONCENTRAZIONE) DI SOVRAFLUSSI DA RETI MISTE (CSO) CON
QUELLI DI ACQUE REFLUE NON TRATTATE, DI EFFLUENTI FINALI DEPURATI E DI SOVRAFLUSSI DA FOGNATURA
BIANCA DI RETI SEPARATE (CSS)
PREMESSA
Evidenze:
1) Il contributo in termini di inquinan$ dai sovraflussi da fognature combinate appare estremamente variabile ed è lecito
aNendersi un incremento di questa variabilità in conseguenza della maggiore irregolarità ed intensità, delle precipitazioni.
2) In mol$ casi il contributo della sola acqua di pioggia, prima o totale, in termini di concentrazioni, sopraNuNo per le
sostanze solide e per la carica baNerica, è paragonabile a quello dei sovraflussi mis$. Anche la separazione delle re$
implicherebbe, quindi, la necessità di una correNa ges$one e di un opportuno traNamento delle acque di dilavamento.

4. Analisi di linee guida e migliori tecniche disponibili in contes$ nazionali ed europei ed applicabili nel bacino specifico succitato
Evidenze:
Dal Report EPA (Environmental ProtecUon Agency) si evidenzia come la percentuale di impaNo accertato
dei CSO sulla mancata balneabilità sia pari all’1% rispeNo ad altre fon$ di inquinamento, puntuali o
diffuse.
E’ evidentemente un problema complesso.
PREMESSA

5. PREMESSA
2.1: Analisi di linee guida e migliori tecniche disponibili in contes$ nazionali ed europei ed applicabili nel bacino specifico succitato
CLASSIFICAZIONE DEI MODELLI IN BASE AL LIVELLO DI
APPROFONDIMENTO DELLA RACCOLTA DATI RELATIVA A:
1) CARATTERISTICHE DELLA RETE FOGNARIA
2) CARATTERISTICHE DEI MANUFATTI PRESENTI NELLA RETE
3) CARATTERIZZAZIONE DELLE AREE CONTRIBUTIVE
4) DATI OPERATIVI
5) PORTATE E FLUSSI
6) CONDIZIONI AL CONTORNO
7) SCABREZZA DELLE CONDOTTE
8) DEPOSITO DI SEDIMENTI
COMPLESSITÀ / COSTI DELL’INDAGINE / NECESSITÀ DI INFORMAZIONI E CRITERI / NECESSITÀ DI INFORMAZIONE
Evidenze:
All’aumentare dell’approfondimento e della quanUtà dei daU a disposizione aumenta il livello di accuratezza ed uUlità dell’analisi

6. PREMESSA
Analisi di linee guida e migliori tecniche disponibili in contes$ nazionali ed europei ed applicabili nel bacino specifico succitato
CASI STUDIO
FLUSSHYGIENE - GERMANIA
SISTEMA DI CONTROLLO E GESTIONE DEI CSO
BERLINO
PIANO DI SALVAGUARDIA DELLA BALNEAZIONE DI
RIMINI
BATHING WATER FORECAST SYSTEM (BWF) - DANIMARCA

7. Il monitoraggio della rete è un’acvità fondamentale per garanUre un’ocmale gesUone delle acque di fognatura in presenza di
evenU meteorici e per conoscere l’impado sui corpi ricedori.
PREMESSA
Analisi di linee guida e migliori tecniche disponibili in contes$ nazionali ed europei ed applicabili nel bacino specifico succitato
Sono presen$ sul mercato diverse $pologie di strumen$ in grado di misurare e registrare daU di qualità delle acque. I principi di
funzionamento più uUlizzaU sono di Upo capaciUvo, per l’individuazione delle tracimazioni, o della misura ultrasonica, per la
determinazione del livello.
SOLUZIONI DI MONITORAGGIO INNOVATIVE

8. PREMESSA
Analisi di linee guida e migliori tecniche disponibili in contes$ nazionali ed europei ed applicabili nel bacino specifico succitato
SISTEMI DI TRATTAMENTO DEI CSO
SISTEMI DI RIMOZIONE SOLIDI
à Sedimentazione
à Unità vortex
à Sistemi avanzaU di rimozione solidi
SISTEMI DI DISINFEZIONE
à S o d i o I p o c l o r i t o : u s a t o p i ù
frequentemente
à Acido peraceUco: efficacia simile al
sodio ipoclorito a pari tempo di
contado
à UV: poco applicato per il tradamento
di CSO
Evidenze:
Sempre più si assiste allo sviluppo di soluzioni integrate per la miUgazione degli impac da CSO, non solamente con azioni di Upo fisico

9. 1.2.2: DESCRIZIONE DEGLI IMPATTI E CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE DEI SOVRAFFLUSSI
PARAMETRI DI CARATTERIZZAZIONE DEI SOVRAFLUSSI
Ø Frequenza dei sovraflussi
Ø Numero di evenU di scolmo in un anno Upico
Ø Volume di sovraflusso
Ø Durata del sovraflusso
Ø Percentuale totale del flusso intercedato
Ø Analisi di specifici contaminan$ di interesse in termini di
quan$tà rilasciate e quan$tà interceNate
Ø QuanUtà di flusso tradato
Ø Soglia di evento di precipitazione che produce il
sovraflusso
MISURA DELLE PIOGGE

10. 1.2.8: APPLICAZIONE DI SISTEMI DI TRATTAMENTO AI CSO
A) GRIGLIATURA DI SOLIDI E SOSTANZE
FLOTTANTI
D) SISTEMI DI TRATTAMENTO PER CSO
B) SISTEMI DI RIMOZIONE DEI SOLIDI
- Sedimentazione
- Unità vortex
- Sistemi avanzaU di rimozione solidi
C) SISTEMI DI DISINFEZIONE
à Sodio Ipoclorito: usato più
frequentemente
à Acido peraceUco: efficacia simile al
sodio ipoclorito a pari tempo di
contado
à UV: poco applicato per il tradamento
di CSO

11. Revisione della Direiva 91/271/EC – proposal fact sheet

12. METODOLOGIA PER L’ANALISI DEGLI SCOLMATORI DI PIENA
STEP 1.1: ANALISI NORMATIVA TEMATICA E SITO-
SPECIFICA
• PTA Regionali
• Procedure per odenimento bandiera blu
• Analisi qualità corpi idrici superficiali
• Altro
STEP 1.2: ANALISI TECNICA
• Documentazione CSO: caraderisUche in scenari
internazionali, analisi impac
• Soluzioni applicaUve: analisi casi studio circa
sistemi di monitoraggio, controllo e tradamento
STRUTTURA DEL METODO DI CONTROLLO/MONITORAGGIO DEL
SOVRAFLUSSO DA FOGNATURA MISTA
STEP 2: ACQUISIZIONE INFORMAZIONI
Analisi di tude le informazioni (indicazione delle fonU):
• schede Upo degli scolmatori presenU lungo le due reU modellate
• georeferenziazione con coordinate al fine di ricostruire il profilo
alUmetrico della rete
• Cartografia
• dedagli costrucvi dei manufac
• calcolo degli AE in corrispondenza di ogni manufado
ü SUDDIVISIONE DELLA RETE FOGNARIA
ü IDENTIFICAZIONE PUNTI DI MONITORAGGIO E
CAMPIONAMENTO

13. METODOLOGIA PER L’ANALISI DEGLI SCOLMATORI DI PIENA
STEP 3: CAMPAGNA ANALITICA
Installazione di misuratori di portata e campionamenU delle acque in rete
fognaria, nei punU significaUvi della rete per un periodo sufficientemente lungo
per includere la variabilità stagionale
STEP 4: DETERMINAZIONE DELLA PORTATA SPECIFICA
In accordo con la Metodologia sviluppata da UNIVPM
STEP 6: COSTRUZIONE E CALIBRAZIONE DEL MODELLO
Calibrazione quanUtaUva e qualitaUva in secco che in pioggia confrontando i daU odenuU dal modello con quelli
della campagna di campionamento e con le misure effeduate dagli strumenU installaU in rete
STEP 5: ANALISI DEGLI EVENTI DI PRECIPITAZIONE
Elaborazioni staUsUche per l’individuazione di evenU significaUvi (TR 1-5-10 anni) e dell’anno Upico (considerando
anche la variabilità stagionale) e individuazione di valori minimi e massimi di qualità delle acque di run-off
STEP 7: SIMULAZIONE DELLO STATO DI FATTO E ANALISI IMPATTI
I1: Impado idraulico
I2: Impado carichi inquinanU
STEP 8: INDIVIDUAZIONE E SIMULAZIONE DI SCENARI DI MITIGAZIONE DEGLI IMPATTI

14. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
1 BACINI DI VALLESCURA E PETRONILLA
Schema'zzazione della rete
fognaria
Vallescura
Petronilla
Vallescura
Petronilla
Campionamen' in rete
BACINO PORTATA SPECIFICA U.M.
VALLESCURA 136 l/AE/d
PETRONILLA 148 l/AE/d
Individuazione della portata specifica

15. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
1 BACINI DI VALLESCURA E PETRONILLA Costruzione e calibrazione dei modelli
Vallescura Petronilla
VALLESCURA - VALIDAZIONE ALLA VASCA 282
CONCENTRAZIONI mg/l misura$ mg/l da modello errore %
TKN 81 85 5.1%
COD 490 517 5.5%
PETRONILLA - VALIDAZIONE AL POZZETTO VIA CAVOUR
CONCENTRAZIONI mg/l misura$ mg/l da modello errore %
TKN 114 94 18%

16. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
1 BACINI DI VALLESCURA E PETRONILLA Simulazione dello stato di fa=o e analisi degli impa>
BACINO N° TOT SCOLMATORI N° SCOLMATORI ATTIVI TR 1y N° SCOLMATORI ATTIVI TR 5y N° SCOLMATORI ATTIVI TR 10y
VALLESCURA 35 14 25 25
PETRONILLA 14 7 11 12
Impa=o idraulico
Impa=o carichi inquinan'
INDIVIDUAZIONE SCOLMATORI CRITICI
Vallescura
Petronilla

17. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
1 BACINI DI VALLESCURA E PETRONILLA Simulazione dello stato di fa=o e analisi degli impa>
BACINO N° TOT SCOLMATORI N° SCOLMATORI ATTIVI TR 1y N° SCOLMATORI ATTIVI TR 5y N° SCOLMATORI ATTIVI TR 10y
VALLESCURA 35 14 25 25
PETRONILLA 14 7 11 12
Impa=o in ambiente
12%
93%
57%
24%
49%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
TKN COD TSS BOD5 E. COLI
Scarico impianto Lido
Utenze non allacciate Petronilla
Utenze non allacciate Vallescura
Scolmato Petronilla
Scolmato Vallescura

18. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
1 BACINI DI VALLESCURA E PETRONILLA
Individuazione e simulazione degli scenari di mi'gazione degli impa>
SCENARI VALLESCURA PETRONILLA
1 Tradamento in impianto dei flussi scolmaU dalla V283 Nessuna ipotesi di gesUone/tradamento
2 Tradamento in impianto dei flussi scolmaU dalla V283
Scenario ges$onale: Apertura massima possibile delle paraUe di tude le vasche ad
esclusione della V67 e introduzione di un secondo scolmatore di linea
3 Tradamento in impianto della V283 e tradamento in loco delle V277 e V280 Nessuna ipotesi di gesUone/tradamento
4 Tradamento in impianto della V283 e tradamento in loco delle V277 e V280 Tradamento in loco della V67 con scenario gesUonale
7,2E+13
7,2E+13 5,3E+13
7,2E+13 1,7E+13
0,0E+00
1,0E+14
2,0E+14
3,0E+14
4,0E+14
5,0E+14
6,0E+14
7,0E+14
STATO DI FATTO SCENARIO 1 SCENARIO 2 SCENARIO 3 SCENARIO 4
UFC/y
CARICO DI E. COLI SCOLMATO IN TEMPO UMIDO
VALLESCURA PETRONILLA
PERCENTUALI DI RIDUZIONE
SCENARIO 1 SCENARIO 2 SCENARIO 3 SCENARIO 4
RispeNo al totale
scolmato
25% 28% 64% 74%
RispeNo al totale in
ambiente
25% 28% 64% 74%

19. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
2 BACINO DI CUPRAMARITTIMA
Petronilla
Superficie bacino (km2) 2.15
Lunghezza rete bianca (m) 9495
Lunghezza rete nera (m) 22157
Lunghezza rete mista (m) 18768
Lunghezza rete totale (m) 50420
AbitanU residenU (AE) 5035
Numero scolmatori (-) 12
Schema'zzazione della rete fognaria
Campionamen' in rete
Individuazione della portata specifica
DEPURATORE
LEGENDA
PUNTI DI CAMPIONAMENTO
MISURATORI DI PORTATA KAPTOR
Numerazione A (Collettore OVEST) B (VASCA 00058) C (VASCA 00049) D (Ingresso istantaneo) D (Ingresso medio)
ΔAE 948 1973 3059
pH - 8 7 7 8 7
BOD5 mg/l 50 202 158 68 102
COD mg/l 19 302 259 94 167
TKN mg/l 27 74 45 33 28
TSS mg/l 69 129 133 34 86
Ptot mg/l 3 4 3 3 3
Cloruri mg/l 167 84 81 926 170
E.Coli UFC/100ml 1050000 6800000 6050000 3700000 3350000
CAMPIONAMENTO PRIMAVERA (Maggio-Giugno)
6943
Inverno
Estate

20. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
2 BACINO DI CUPRAMARITTIMA Costruzione e calibrazione dei modelli
CARICHI DI
MASSA
Ntot COD BOD5
(kg/d) (kg/d) (kg/d)
simulazione Output modello 46 202 111
osservazione Ingresso medio 49 210 129
% errore -5 -3.9 -13.4
CONCENTRAZIONI Ntot COD BOD5
(kg/d)(kg/d) (kg/d)
simulazione Output modello 44 187 104
osservazione Ingresso medio 50 216 132
% errore -12 -13 -21.3
CARICHI DI
MASSA
Ntot COD BOD5
(kg/d) (kg/d) (kg/d)
simulazione Output modello 110 592 393
osservazione Ingresso medio 97 456 296
% errore 13 29.7 32.6
CONCENTRAZIONI Ntot COD BOD5
(kg/d) (kg/d) (kg/d)
simulazione Output modello 49 261 173
osservazione Ingresso medio 45 209 136
% errore 15 24.7 27.6
ESTATE INVERNO
Inverno
Estate

21. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
2 BACINO DI CUPRAMARITTIMA Simulazione dello stato di fa=o e analisi degli impa>
INDICATORE DI IMPATTO I2: % DEL CARICO SCOLMATO SUL TOTALE IN PIOGGIA
Inverno Estate
Evento
Numero
scolmatori aivi
INDICATORE DI
IMPATTO I1
ImpaNo % del volume a
traNamento sul totale
TR 1Y 7-8
15% (estate) - 20%
(inverno)
85% (estate) - 80%
(inverno)
TR 5Y 8-9
50% (estate) - 58%
(inverno)
50% (estate) - 42%
(inverno)
TR 10Y 8-9
57% (estate) - 65%
(inverno)
43% (estate) - 35%
(inverno)
Anno Upo 10 4% 96%
Inverno 10 5% 95%
Estate 9 2% 98%

22. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
2 BACINO DI CUPRAMARITTIMA Individuazione e simulazione degli scenari di mi'gazione degli impa>
Individuazione
scolmatori
cri$ci
Inverno Estate
Scenari di oimizzazione

23. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
2 BACINO DI CUPRAMARITTIMA SCENARIO 1 REALIZZATO

24. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
3 BACINO DI GROTTAMMARE
Petronilla
Superficie bacino (km2) 1.77
Lunghezza rete bianca (m) 32991
Lunghezza rete nera (m) 53850
Lunghezza rete mista (m) 15373
Lunghezza rete totale (m) 102214
AbitanU residenU (AE) 15073
Numero scolmatori (-) 3
Schema'zzazione della rete fognaria
Campionamen' in rete
Individuazione della portata specifica
Numerazione A (IS9) B (IS4) C (VASCA00081) D (VASCA00193) E (Ingresso istantaneo) E (Ingresso medio)
ΔAE
pH - 7 8 7 7 7 7
BOD5 mg/l 254 316 295 327 152 222
COD mg/l 371 495 372 517 204 507
TKN mg/l 75 65 73 98 43 43
TSS mg/l 174 269 158 245 85 275
Ptot mg/l 7 6 8 9 5 5
Cloruri mg/l 65 56 74 92 77 92
E.Coli UFC/100ml 12966667 14666667 14433333 28500000 11000000 9700000
CAMPIONAMENTO ESTATE (Luglio-Agosto)
Numerazione A (IS9) B (IS4) C (VASCA00081) D (VASCA00193) E (Ingresso istantaneo) E (Ingresso medio)
ΔAE
pH - 8 8 7 8 8 8
BOD5 mg/l 153 258 540 540 142 140
COD mg/l 325 499 759 508 226 268
TKN mg/l 46 57 76 88 33 37
TSS mg/l 115 146 335 180 86 90
Ptot mg/l 4 3 7 9 4 3
Cloruri mg/l 73 89 99 277 167 96
E.Coli UFC/100ml 4175000 8450000 5885000 7050000 4450000 5250000
CAMPIONAMENTO INVERNO (Settembre-Dicembre)
Inverno
Estate

25. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
3 BACINO DI GROTTAMMARE Costruzione e calibrazione dei modelli
CARICHI DI
MASSA
Ntot COD BOD5
(kg/d) (kg/d) (kg/d)
simulazione Output modello 191 951 695
osservazione Ingresso medio 154 894 600
% errore 24 6 16
CONCENTRAZIONI Ntot COD BOD5
(kg/d) (kg/d) (kg/d)
simulazione Output modello 46 230 170
osservazione Ingresso medio 36 220 147
% errore 29 5 16
CARICHI DI
MASSA
Ntot COD BOD5
(kg/d) (kg/d) (kg/d)
simulazione Output modello 285 1602 1181
osservazione Ingresso medio 230 1642 916
% errore 29 -2.4 29
CONCENTRAZIONI Ntot COD BOD5
(kg/d) (kg/d) (kg/d)
simulazione Output modello 56 310 230
osservazione Ingresso medio 43 328 183
% errore 28 -5 26
ESTATE INVERNO
Inverno
Estate

26. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
3 BACINO DI GROTTAMMARE Simulazione dello stato di fa=o e analisi degli impa>
INDICATORE DI IMPATTO I2: % DEL CARICO SCOLMATO SUL TOTALE IN PIOGGIA
Inverno Estate
Evento
Numero
scolmatori aivi
INDICATORE DI
IMPATTO I1
ImpaNo % del volume a
traNamento sul totale
TR 1Y 2
6% (estate) - 5%
(inverno)
94% (estate) -95%
(inverno)
TR 5Y 3
49% (estate) - 52%
(inverno)
47% (estate) - 45%
(inverno)
TR 10Y 3
60% (estate) - 62%
(inverno)
37% (estate) - 35%
(inverno)
Anno Upo 3 0.2% 99.8%
Inverno 2 0.1% 99.9%
Estate 3 0.3% 99.7%

27. APPLICAZIONE A CASI STUDIO
3 BACINO DI GROTTAMMARE Simulazione dello stato di fa=o e analisi degli impa>
Individuazione
scolmatori
cri$ci
Scenari di oimizzazione
Inverno Estate

28. 28
WWTPs
LIGNANO (WWTP DESIGN SIZE = 86'400 PE)
SAN GIORGIO (WWTP DESIGN SIZE =
700'000 PE)
LIGNANO
BASIN
SEWER
SYSTEM
TOTAL LENGHT = 131934 m
INHABITANTS = 6966
LAGOON EXTENTION = 16 km2
LIGNANO
BASIN
SPILLWAYs
CAMPILUNGHI
VIA LOVATO
BIANCURE
PUNTA TAGLIAMENTO
WWTP SPILLWAY
OVERVIEW
OBJECTIVES:
• Assessment of diffuse polluUon from spillways during CSOs events (even
to dras methodological approach)
• Assessment of nutrients (N e P) management in WWTPs, with and
without post P recovery
SUPPORT HOLISTIC
IMPACT
ASSESSMENT(INCL
UDING
SUSTAINABLE P
MANAGEMENT)

29. PRATICHE DI GESTIONE INTEGRATA E PIÙ RESILIENTE DEL TERRITORIO
• Agriculture
• Forestry
• Hydromorphology
• Urban
GesUone degli evenU di pioggia più intensi e gravosi
adraverso l’applicazione di praUche di gesUone del deflusso
meteorico à LID «Low Impact Development» (SWMM)
VALUTAZIONI CONCLUSIVE E PROSPETTIVE FUTURE / PROSSIME

30. WATERUN Value Chain
30
Open and
modullar
control
RTOs End-Users
Tech. Providers
Systemic WATERUN solution
Diffuse pollution
identification tool
SW planning tool (MUST B approach)
Water utilities
UWR
Risk
management
Risk-based
DSS,
Guidelines
Environmental sustainability (LCA)
Techno-economic analysis
Policies & recommendations
Co-creation (WATERUN Toolbox) Business models & market uptake Knowledge & tech. transfer, Training
Municipalities
Advanced
monitoring
solution Mitigation strategies
(green-grey approaches)
Policy Makers
www.waterun.eu

31. GRAZIE DELL’ ATTENZIONE
Prof. Ing. Francesco FATONE, PhD, IWA Fellow
Water and Waste Environmental Engineering Lab
Università Politecnica delle Marche