Sistemi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in
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Sistemi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in
Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Università di Palermo Sistemi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano G. Freni, G. Mannina, M. Torregrossa, G. Viviani Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Sommario Introduzione alle problematiche del riuso localizzato delle acque meteoriche Possibili forme di riuso Tecnologie per il trattamento locale delle acque meteoriche Esempi applicativi e stima dei costi di trattamento Dimensionamento degli interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche Efficienza degli interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche Esempi di calcolo Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 2 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RISORSE IDRICHE LOCALI RIUTILIZZABILI • ACQUE DI PIOGGIA da aree semipermeabili (prati, parchi, spazi pubblici, ecc.) tetti aree soggette a traffico aree industriali e commerciali RECUPERO DIFFERENZIATO PER ACQUE PROVENIENTI DAi DIVERSi TIPI DI AREE • ACQUE GRIGIE ………………... acque di scarico escluse quelle da w.c. (doccia, bagno, lavamani, lavabiancheria, cucina) (doccia, bagno, lavamani, lavabiancheria, cucina) ≈ 75% delle acque convogliate allo scarico • ACQUE NERE ……………..……. acque di scarico anche da w.c. Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 3 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali FORME DI RIUSO POSSIBILI INDOOR • FLUSSAGGIO DEI W.C. • PULIZIA SUPERFICI E PAVIMENTI •PRE-LAVAGGIO IN LAVATRICE ??? OUTDOOR • IRRIGAZIONE DI PRATI, PARCHI, CAMPI SPORTIVI, CIMITERI, GIARDINI DOMESTICI • LAVAGGIO DI AUTOVEICOLI • ALIMENTAZIONE CALDAIE • USO ANTINCENDIO • CONFEZIONAMENTO CALCESTRUZZI • ALTRI USI INDUSTRIALI Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 4 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RIUSO DI ACQUE DI PIOGGIA INTERVENTI: - Raccolta Stoccaggio Trattamento Distribuzione INQUINANTI Atmosferici: • Particolati • Colloidi • Microrganismi Organici Metalli pesanti Idrocarburi RISPARMIO DI ACQUA POTABILE: 30÷40% Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 5 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Possibili schemi di intervento localizzato Intercettazione totale Afflusso meteorico acque nere (allo scarico) Deflusso dai tetti Tratt. meccanico al riuso Deflusso superficiale Vasca riuso Sfioro troppo pieno VANTAGGI: ¾ Maggiore efficienza di recupero (anche per gli eventi meteorici di minore intensità) ¾ Richiede minori volumi di immagazzinamento SVANTAGGI: ¾ Maggiore complessità degli interventi di trattamento Portata di tempo secco Trattamento chimico-fisico Collettore fognatura Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 6 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Possibili schemi di intervento localizzato Separazione delle prime acque di pioggia Afflusso meteorico acque nere (allo scarico) VANTAGGI: ¾ Minore necessità di trattamento Deflusso dai tetti tratt. meccanico al riuso Vasca prime piogge Sfioro troppo pieno Vasca riuso Tratt. chimico-fisico Portata di tempo secco SVANTAGGI: ¾ Necessità di volumi Deflusso superficiale aggiuntivi per la separazione delle prime piogge ¾ Non è possibile recuperare volumi idrici dagli eventi meteorici più piccoli Collettore fognatura Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 7 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Possibili schemi di intervento localizzato Alimentazione attraverso scaricatore di piena Afflusso meteorico acque nere (allo scarico) VANTAGGI: ¾ Ridotti volumi di invaso ¾ Minori necessità di trattamento Deflusso dai tetti Tratt. meccanico al riuso Scaricatore di piena Deflusso superficiale Sfioro troppo pieno Vasca riuso SVANTAGGI: ¾ Ridotta efficienza di recupero dei volumi meteorici Portata di tempo secco Tratt. chimico.-fisico Collettore fognatura Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 8 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 9 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: iova p a u acq acq u r na g a v o a pi re na g zza a ez z allo st occagg io allo scarico Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 10 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 11 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: acqua piovana grezza allo stoccaggio SEPARATORE CENTRIFUGO Continuous Deflection Separator CDS Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 12 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta: allo stoccaggio acqua piovana grezza SEPARATORE/DECANTATORE + FILTRO strato filtrante poroso Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 13 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA POST-STOCCAGGIO: Rimozione di: filtri a sabbia (lenti) • Filtrazione filtri a carbone attivo filtri a cartuccia SOLIDI SOSPESI su membrana • Elettrocoagulazione + Filtrazione SOSTANZA ORGANICA • Biofiltrazione Chimici MICRORGANISMI • Trattamenti di disinfezione Fisici con cloro con ozono u.v. membrane Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 14 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali TRATTAMENTI PER IL RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA POST-STOCCAGGIO: Filtrazione su cartucce + disinfezione a raggi u.v. Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 15 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RECUPERO DI ACQUE DI PIOGGIA BERLINO: Berlino-Lankwitz Tetti: 63% AREA URBANA 11.770 m2 Cortili e marciapiedi: 25% Superficie soggetta a traffico: 12% Tetti Marciapiedi Strade Separatore First Flush Alla rete di drenaggio acque bianche Qualità effluente: Utenti serviti: BOD < 5 mg/l + 6 negozi 80 appartamenti COD < 20 mg/l E. < limite di rilevabilità in coli totale 200 persone Irrigazione Sedimentazione Flussaggio w.c. Trattamento biologico Biofiltro Serbatoio 190 m3 U.V. Disinfezione Serbatoio 6 m3 Sollevamento Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 16 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RECUPERO E RISUO DI ACQUE DI PIOGGIA Tempo di recupero dei costi d’investimento Il sistema comunque diventa conveniente quando il consumo per appartamento supera i 10 m3/mese I tempi di recupero economico sono compresi tra 10 e 14 anni Costi di esercizio fino a 0,75 €/m3 Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 17 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RECUPERO DI ACQUE GRIGIE CARATTERISTICHE: - contenuto organico simile alle acque nere ma basse concentrazioni di solidi = elevata concentrazione di inquinanti disciolti - bassa biodegradabilità delle sostanze organiche - carenza di nutrienti TRATTAMENTI BIOLOGICI POCO ADATTI Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 18 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RECUPERO DI ACQUE GRIGIE TRATTAMENTI: FISICI E FISICO-CHIMICI • Filtrazione convenzionale • Filtrazione su membrana (limitazione x fouling) (*) con aggiunta di nutrienti BIOLOGICI (*) • Biofiltrazione • Fitodepurazione • Sistemi MBR • RBC • Sistemi SBR Chimici DISINFEZIONE • Trattamenti Fisici con cloro con ozono u.v. membrane Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 19 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RECUPERO DI ACQUE GRIGIE RISPARMIO DI ACQUA POTABILE: 25÷30% Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 20 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RECUPERO E RIUSO DI ACQUE GRIGIE COSTI D’INVESTIMENTO (Vita utile = 15 – 20 anni) Costo Specifico [US$/appartamento] 3÷4 persone x piano Trattamento biologico con biofiltri o RBC 1.800 1.500 1.200 Importi 3÷4 volte più grandi 900 prevedendo un trattamento biologico tipo MBR 600 300 0 0 20 80 40 60 Numero di appartamenti 100 Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 21 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RECUPERO E RIUSO DI ACQUE GRIGIE Costo Specifico annuo [US$/appartamento] COSTI D’ESERCIZIO 3÷4 persone x piano Trattamento biologico con biofiltri o RBC Numero di appartamenti Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 22 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali RECUPERO E RIUSO DI ACQUE GRIGIE Tempi di recupero dell’investimento Tempo di recupero [anni] Tempo di recupero dell’investimento funzione del costo dell’acqua potabile distribuita RBC Numero di appartamenti Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 23 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Efficienza degli interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche Efficienza nel riuso delle acque meteoriche η riuso = Vrecuperato Vrichiesto ¾ ¾ Vrecuperato = volume di pioggia riutilizzato Vrichiesto = volume richiesto per gli usi compatibili con il riuso Efficienza nella riduzione dei deflussi meteorici in fognatura ¾ Vfognatura = volume di pioggia Vfognatura scaricato in fognatura η scarico = 1 − Vpioggia ¾ Vpioggia = volume totale dei deflussi meteorici Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 24 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Parametri che influenzano l’efficienza degli interventi di riuso delle acque meteoriche Popolazione servita P [ab] Richiesta pro-capite di acque compatibili col riuso d [l/ab] Area impermeabile utile per la raccolta delle acque meteoriche A [haimp] Volume della vasca di accumulo delle acque di pioggia V [m3] Eventuale volume delle acque di prima pioggia avviato direttamente in fognatura W0 [m3] Fattori climatici (piovosità, tempo medio di interevento) η riuso ⎛ d ⋅ P V W0 ⎞ , , =f ⎜ ⎟ ⎝ A A A ⎠ η scarico ⎛ d ⋅ P V W0 ⎞ , , = g⎜ ⎟ ⎝ A A A ⎠ Abachi per il dimensionamento semplificato dei volumi necessari al riuso delle acque meteoriche per fissata efficienza di riuso e di scarico Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 25 Caratteristiche della domanda idrica residenziale e potenzialità per il riuso Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Densità abitativa “p” Alta densità 300 – 600 ab/ha Media densità 200 – 300 ab/ha Bassa densità 100 – 200 ab/ha Domanda specifica D = d × p 3-18 m3/(ha·g) 2-9 m3/(ha·g) 1-6 9-24 m3/(ha·g) 6-12 m3/(ha·g) 3-8 12-36 m3/(ha·g) 8-18 m3/(ha·g) 4-12 m3/(ha·g) m3/(ha·g) m3/(ha·g) 10–30 l/(ab*g) 30–40 l/(ab*g) 40–60 l/(ab*g) Scarico WC WC+usi esterni WC+usi esterni+ pre-lavaggio Domanda di acqua da riuso “d” Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 26 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Vpioggia Schematizzazione del modello di calcolo se Vpioggia < V * ⇒ Vpioggia ⎫⎪ se Vpioggia ≥ V * ⇒ V * ⎬⎪⎭ Afflusso meteorico acque nere (allo scarico) Vrecuperato V * ⎧ se Vr < Vrichiesto ⇒ Vr ⎨ ⎩se Vr ≥ Vrichiesto ⇒ Vrichiesto Deflusso dai tetti tratt. meccanico ⎧⎪ se Vpioggia < V * ⇒ 0 ⎨ ⎪⎩se Vpioggia ≥ V * ⇒ Vpioggia −V * Vr al riuso Vasca prime piogge Deflusso superficiale Sfioro troppo pieno Vasca riuso Tratt. chimico-fisico ⎧se Vr < Vr ,max ⇒ 0 ⎨ ⎩ se Vr ≥ Vr ,max ⇒ Vr −Vr ,max Vfognatura Portata di tempo secco Collettore fognatura 9 I primi volumi di deflusso meteorico sono intercettati dalla prima vasca e avviati alla fognatura 9 Se la vasca per il riuso è piena, i volumi in eccesso vengono sfiorati in fognatura Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 27 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Dati pluviometrici utilizzati nello studio I dati di pioggia sono stati raccolti presso il bacino sperimentale di Parco d’Orlèans - Palermo S = 12.8 ha. Idr. 68% Aimp Serie continua di pioggia Pluv. 1993 - 2004 Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 28 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali 1993 Rainfall depth [mm] N° Events (Vrain>2mm) Average ADWP [days] Average rainfall intensity [mm/h] Maximum 5min rainfall intensity [mm/h] Maximum 10min rainfall intensity [mm/h] Maximum 15min rainfall intensity [mm/h] Dati pluviometrici utilizzati nello studio 1994 1995 1996 1997 1998 588 552 655 602 634 582 59 56 63 73 66 57 4.3 4.5 3.8 4.3 4.1 4.6 7.2 8.5 9.7 7.7 5.8 6.2 37.8 42.2 57.8 36.5 40.2 42.8 27.3 28.5 34.3 22.4 33.6 29.2 22.1 23.2 25.6 19.8 22.7 24.2 Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 29 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali 1999 Rainfall depth [mm] N° Events (Vrain>2mm) Average ADWP [days] Average rainfall intensity [mm/h] Maximum 5min rainfall intensity [mm/h] Maximum 10min rainfall intensity [mm/h] Maximum 15min rainfall intensity [mm/h] Dati pluviometrici utilizzati nello studio 2000 2001 2002 2003 2004 602 634 656 688 652 668 59 62 63 68 64 61 4.4 3.6 3.7 3.3 3.4 4.1 7.2 8.5 9.7 7.7 5.8 6.2 39.8 44.3 52.4 68.2 56.6 51.2 33.1 29.9 35.8 47.5 38.6 36.5 25.4 21.1 32.2 37.1 29.2 28.3 Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 30 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Analisi dei risultati Efficienza di riuso media nel decennio analizzato D= 4 m3/haimp D= 12 m3/haimp Domanda specifica D = d × p η riuso = Vrecuperato Vrichiesto Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 31 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Analisi dei risultati Efficienza di riuso media nel decennio analizzato Separazione delle prime acque di pioggia D= 4 m3/haimp D= 12 m3/haimp Domanda specifica D = d × p η riuso = Vrecuperato Vrichiesto Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano 32 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Analisi dei risultati Riduzione dei deflussi scaricati in fognatura in tempo di pioggia Separazione delle prime acque di pioggia D= 4 m3/haimp D= 12 m3/haimp η scarico = 1 − Vfognatura Vpioggia Domanda specifica D = d × p Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano 33 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Analisi dei risultati Variabilità dell’efficienza nel riuso delle acque meteoriche in funzione della variabilità pluviometrica Domanda specifica D = d × p Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano 34 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Analisi dei risultati Effetto della separazione delle prime acque di pioggia Interventi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in ambiente urbano 35 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Conclusioni • Gli interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche e grigie sono di notevole interesse perché meno complessi e più economici degli interventi centralizzati (non necessitano della costruzione di reti di distribuzione specifiche). • I volumi specifici richiesti per il riuso delle acque meteoriche sono elevati (in relazione alla domanda pro-capite di acque da riuso ed alla densità abitativa) ma, a scala locale, sono paragonabili ai volumi di accumulo già adottati dalla popolazione per contrastare i fenomeni di scarsità idrica • Gli interventi localizzati sono scarsamente applicabili in aree ad alta densità (superiori a 500 – 600 ab/ha) perché richiedono elevati volumi di accumulo e portano a modeste riduzioni della domanda idrica potabile. • Negli insediamenti a bassa densità (< 300 ab/ha) con presenza di giardini domestici, interventi di modesta entità (~100 l/ab) consentirebbero la riduzione del 20-25% della domanda idrica potabile Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano 36 Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Università di Palermo Sistemi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano G. Freni, G. Mannina, M. Torregrossa, G. Viviani [email protected]