Localizzazione degli impianti di fitodepurazione

RELAZIONE CONVEGNO ARPA MARCHE
ELEMENTI CHIMICI UTILI IN AGRICOLTURA:
FITODEPURAZIONE - FERTIRRIGAZIONE - UTILIZZO DEI FANGHI
Dr. Geol. Andrea Dignani
Consigliere Nazionale WWF Italia
Le pratiche della depurazione con piante e della concimazione organica ci avvicinano alla
politica di sostenibilità per ciò che attiene al razionale utilizzo delle acque, al corretto
smaltimento dei reflui e alla corretta gestione agronomica delle aree rurali.
Contemporaneamente con l’introduzione di tecniche innovative si cerca una alternativa a
pratiche e metodi, a volte, saldamente radicati alla quotidiane tecniche di gestione
territoriale, in questi casi le inerzie ai cambiamenti e le diffidenze sono sempre in agguato,
e spesso, progetti interessanti ed innovativi, vengono o osteggiati o male interpretati.
In questo contesto, affiancando alle corrette azioni di informazione e coinvolgimento dei
soggetti locali oggettivi e chiari criteri di individuazione ed analisi dei siti operativi, si
possono attuare quei singoli progetti all’interno delle politiche di sostenibilità.
Localizzazione degli impianti di fitodepurazione
La localizzazione degli impianti di fitodepurazione dal punto di vista del sito dove
realizzare fisicamente l’opera, riveste aspetti importanti e decisivi per l’efficienza dello
stesso impianto. Tale importanza è dovuta al fatto che, trattandosi di un impianto che tratta
reflui inquinati, l’impianto stesso trova la sua essenziale condizione di rimanere in funzione
in maniera isolata dal contesto fisico esterno, per evitare contaminazioni ed inquinamenti.
L’impianto di fitodepurazione è un opera che normalmente si adatta facilmente alla
morfologia del terreno, abbisogna di relativi scavi e movimenti terra, di eventuali opere di
sostegno gravitativo come p.es. le opere di ingegneria naturalistica di tipo semirigido a
basso
impatto
ambientale,
di
strutture
di
impermeabilizzazione
costituite
da
argilla/bentonite o teli sintetici, di collegamenti per i flussi dei reflui in PVC o da elementi
prefabbricati di cemento.
Con l’utilizzo di vegetali, soggetti ed influenzati dalla temperatura, dal vento e dalle
precipitazioni, gli impianti sono necessariamente esposti agli agenti atmosferici e
meteorici.
Tutti questi elementi ci definiscono una tipologia costruttiva ed impiantistica dotata di una
sua intrinseca “delicatezza”, sia per via dell’assenza di elementi ad alta rigidità - quindi una
impiantistica estremamente sensibile ai movimenti ed assestamenti del suolo, del terreno
di substrato - sia per l’influenza subita dalla mutevolezza delle condizioni climatiche.
Inoltre, gli impianti spesso, per ovvi motivi, sono localizzati in prossimità di fiumi, in pianure
alluvionali, dove il rischio di alluvioni e la posizione superficiale delle falde acquifere,
rappresentano ulteriori elementi che contribuiscono alla necessità di una accurata analisi
del sito per gli impianti di fitodepurazione.
Clima
Nella scelta del sito per realizzare un impianto di fitodepurazione, il clima ricopre un ruolo
molto importante perché influenza la scelta tipologica dell’impianto.
L’altitudine è il parametro più critico che interessa il clima, in quanto determina
l’escursione delle temperature stagionali ed inoltre il numero dei giorni con temperature
prossime allo zero.
Altri fattori che sono importanti durante la pianificazione di progetto sono i valori delle
precipitazioni (liquide e solide), in particolare il numero di giorni con permanenza di neve al
suolo, l'evaporazione, l’esposizione al sole e la velocità del vento.
Geologia Regionale e Geologia Strutturale
Dal punto di vista territoriale, occorre definire innanzitutto le formazioni geologiche presenti
nella loro giacitura e le reciproche relazioni stratigrafiche, in questa fase, l’obiettivo è
quello di definire l’origine geochimica e tessiturale dei terreni presenti.
In seguito vengono definite le condizioni geologico - strutturali delle formazioni litologiche,
individuando gli stili tettonici e determinandone la cronologia assoluta e relativa e
l’eventuale attività associata agli eventi sismici. In questo caso, risulta importante
l’individuazione di faglie e fratture attivabili a seguito di terremoti che possano influenzare
(direttamente o indirettamente) la stabilità del sito scelto. Su questo punto occorre
precisare che l’arrivo di una crisi sismica, oltre ad attivare eventualmente movimenti
gravitativi in aree predisposte, determina spesso significative fratturazioni sui suoli agrari
con o senza spostamento relativo tre le porzioni di terreno interessato.
Geomorfologia
Lo studio della morfologia e della topografia si associa sempre all’analisi geomorfologia e
morfodinamica, intendendo per ciò l’individuazione degli elementi di stabilità ed instabilità
dei versanti e, più in generale, della porzione di bacino idrografico interessato.
Nell’analisi, ovviamente, vengono esclusi i casi nei quali risulta una evidente presenza di
fenomeni franosi di tipo profondo, non sono altrettanto evidenti, invece, gli elementi che
possono far individuare i fenomeni di dissesto superficiale sui versanti innescati da
eccezionali precipitazioni e favoriti da cause predisponenti come determinate pratiche
colturali e dalla presenza di particolari caratteristiche geotecniche dei terreni superficiali.
Geotecnica
L’analisi geotecnica, con prove in sito ed in laboratorio, deve portare alla conoscenza delle
caratteristiche dei terreni soprattutto nella loro interazione con l’acqua, in maniera
schematica possono essere ricordati:
i sondaggi e le prove penetrometriche per l’investigazione del volume significativo del
terreno;
le analisi granulometriche (che indicano anche la permeabilità del terreno);
il grado di umidità del suolo (che valuta il grado di compattezza del terreno);
i limiti di Attemberg (che forniscono indicazioni sul comportamento del terreno alla
compattazione);
la prova Proctor (che fornisce delle curve rappresentanti la densità secca del suolo rispetto
al grado di umidità del terreno, quindi, in rapporto a determinati livelli di energia di
compattazione, indica i tenori di umidità necessari per ottenere i valori massimi o
accettabilmente elevati, della densità in secco del terreno);
la permeabilità, effettuata in laboratorio, può dare risultati differenti del campione fino
anche a due ordini di grandezza rispetto a quelli eventualmente misurati in sito, che
vengono considerati più attendibili, la prova di permeabilità in laboratorio è invece ritenuta
importante su campioni di terreno eventualmente trattato e compattato.
Idrogeologia
Nella progettazione degli impianti di fitodepurazione, per confinare ed isolare il sistema
con l’esterno vengono utilizzati rivestimenti impermeabili come l’argilla/bentonite o
rivestimenti sintetici. Per valutare le possibili infiltrazioni di fluidi, dall’esterno all’interno o
viceversa, che potrebbero influenzare gli equilibri degli impianti di fitodepurazione e creare
problemi nella gestione, vengono utilizzate la prove di infiltrazioni di superficie (di
permeabilità) come descritte nella caratterizzazione geotecnica.
Importanti informazioni durante la fase di investigazione geologica, sono rappresentate
dall'andamento stagionale dei livelli piezometrici dell'acqua di falda, in particolare nei casi
delle pianure costiere o palustri, nei quali la quota della superficie piezometrica è prossima
a quella del piano campagna, in questi casi si potrebbero generare delle pressioni dal
basso verso l’alto sul fondo dell’impianto.
Altro parametro essenziale per la prevenzione di eventuali inquinamenti è rappresentato
dalla dinamica della falda nel contesto idrogeologico regionale con la relativa quota degli
strati impermeabili che confinano la falda stessa.
Rischio idrogeologico
Molto spesso gli impianti di fitodepurazione sono localizzati in prossimità di fiumi nelle
pianure alluvionali, di qui l’esigenza di effettuare delle verifiche sul rischio di inondazione di
tali aree, oltre a questo un ulteriore elemento di rischio è rappresentato dalla dinamica dei
corsi d’acqua che nella loro normale evoluzione geomorfologica potrebbero interferire
soprattutto con le opere di resa dello scarico delle acque depurate.
Allo stato attuale molte delle Autorità di Bacino si sono dotate dei Piani di Asseto
Idrogeologico (PAI), nei quali sono state identificate le aree a rischio idrogeologico con
una chiara indicazione nei confronti degli strumenti di pianificazione territoriale.
Le problematiche connesse con la pratica della fertirrigazione
Una buona e sintetica definizione della pratica della fertirrigazione è proposta nell’articolo
“La fertirrigazione tra realtà normative ed equivoci interpretativi” (vedi il sito
www.dirittoambiente.com) di Maurizio Santoloci Magistrato di Cassazione e Vice
Presidente WWF Italia:
“(…) La fertirrigazione consiste sempre di una pratica ad elevatissimo impatto ambientale
che veicola sulla crosta terrestre quantitativi inverosimili di liquami che sono
potenzialmente devastanti per l’ambiente se il loro spargimento non viene curato in modo
parco, disciplinato e, soprattutto, controllato e controllabile. (…) La fertirrigazione
costituisce una pratica da non sottovalutare sia in se stessa per il rilevante carico
inquinante che apporta per sua natura, sia perché è fonte di invasione da parte di attività a
forte stampo delinquenziale che possono utilizzare tale pratica per riversare sui terreni
anche liquami di ben peggiore natura.”
Rimandando ad altri le considerazioni sull’interpretazione della norma a proposito del
regime autorizzativo e di controllo di tale pratica, si vuole solamente sottolineare che,
rispetto alla fitodepurazione, le analisi puntuali e zonali per la pratica della fertirrigazione
non rivestono solamente l’importanza per gli eventuali impatti che si genererebbero,
soprattutto nel contesto idrogeologico, ma che sono assolutamente necessarie per
l’efficacia della stessa fertirrigazione.
La Fertirrigazione.
Il processo di fertirrigazione prevede l’applicazione controllata del liquame sul terreno
finalizzato allo sviluppo delle piante.
Nel processo il flusso e lo spandimento del liquame è fortemente influenzato dalle
caratteristiche del terreno, dal tipo di vegetazione, dalle tecniche di distribuzione del
liquame e dalle condizioni climatiche. Ne consegue che è necessario valutare, ai fini di un
buon risultato, il tasso di infiltrazione nel terreno, di evaporazione fisica e di
evapotraspirazione.
Il trattamento si realizza nell’interazione pianta-terreno, e le piante provvedono inoltre, ad
elaborare parte, delle sostanze organiche contenute nel liquame e parte anche delle varie
sostanze minerali; la restante porzione viene fissata nel terreno, essenzialmente nei primi
metri, in modo che l'acqua che percola negli strati profondi è caratterizzata da un elevato
grado di depurazione.
In questa problematica diventa essenziale lo studio del bilancio dell’azoto nel quadro della
sua dinamica pedologica e di conseguenza nella definizione del criterio dell’efficienza
connessa sia alla tutela ambientale che al razionale uso a scopi agronomici.
Da tutto ciò ne consegue che uno degli aspetti fondamentali è rappresentato dallo studio
pedologico ed idrogeologico del sito.
La tessitura e la struttura pedologia risultano estremamente importanti, un suolo argilloso
ben strutturato e in assenza di crepacciature risulta meglio compatibile con le distribuzioni
di liquame di un terreno sabbioso, perché in quest’ultimo la velocità di infiltrazione
dell'acqua è maggiore e la capacità di ritenzione idrica è minore. La presenza di scheletro,
inoltre, crea percorsi preferenziali, per cui i suoli che ne abbondano sono i meno adatti alla
distribuzione di liquami.
Un terreno limoso o argilloso mal strutturato, invece, può ridurre l'efficienza di una
concimazione a causa della maggiore suscettibilità al ruscellamento, sia per la facilità di
formazione di croste che di saturazione idrica dello strato superficiale.
Infine, l'eventuale anaerobiosi, determinata o da compattamento o da saturazione idrica
degli strati superficiali, promuove lo sviluppo di azoto gassoso in forma elementare o di
ossidi d'azoto, attraverso il processo della denitrificazione. L'azoto che in questo modo
abbandona il sistema suolo non è più a disposizione delle colture, per cui l'efficienza
globale della concimazione è ridotta; contemporaneamente, però, diminuisce anche il
rischio di percolazione dei nitrati, perché una quantità minore di azoto permane nel profilo
di terreno.
Definizioni
Argilla
I minerali dell'argilla devono ritenersi alluminio silicati idrati, caratterizzati da strutture
stratificate a successione periodica (periodo basale) di vari pacchetti di strati. I diversi
minerali si differenziano per il numero di strati contenuti in un pacchetto e per la distanza
fra i diversi pacchetti. L'alternanza di un pacchetto di tetraedri con uno di ottaedri è
caratteristico delle argille dimorfe, reticolo 1:1 o T-O (tetraedro-ottaedro), mentre il ripetersi
di due foglietti di tetraedri comprendenti un foglietto di ottaedri, struttura a tetraedri
comprendenti un foglietto di ottaedri (struttura a sandwich), è tipico delle argille trimorfiche,
reticolo 2:1 o T-O-T.
In base a questa distinzione i minerali argillosi vengono suddivisi in:
- sialliti a due strati, dimorfiche (T-O), con periodo basale 7- 10 ⊕, tra le quali è compresa
la caolinite, caratterizzata da una struttura rigida poco espandibile;
- sialliti a tre strati, trimorfiche (T-O-T), con periodo basale di 10 ⊕ , tra le quali sono
comprese l'illite, la montmorillonite, la vermiculite, caratterizzate da una struttura
espandibile, fino ad un massimo di 20 ⊕ , per l'introduzione nell'interstrato di molecole di
H2O e di cationi idratati.
Le forze di attrazione molecolare che si esplicano tra gli strati di diversi pacchetti basali
sono di intensità diversa tra le argille dimorfiche e trimorfiche, in quanto nelle argille
dimorfiche i vari pacchetti sono tenuti insieme da legami di idrogeno fra gli ossidrili di uno
strato ottaedrico e gli ossigeni dello strato tetraedico adiacente, mentre in quelle
trimorfiche i vari pacchetti sono tenuti insieme solo dagli ossigeni. Poiché il legame 0-0 è
meno stabile ed intenso rispetto al legame eteropolare O-OH delle argille dimorfiche,
rimane spiegato il più facile cedimento delle argille trimorfiche all'azione dell'acqua che si
risolve nel distanziamento degli strati e nell'interposizione tra essi di molecole di H2O, di
cationi minerali e di anioni organici. Quando all'interno della struttura cristallina entrano
atomi che per dimensione e/o carica non corrispondono, si creano distorsioni nel reticolo e
cariche residue. Nei processi di disgregazione e aggregazione la struttura ed il bilancio
delle cariche possono alterarsi e quando cationi con carica più bassa sostituiscono quelli
con carica più alta si ha una deficienza di carica positiva, che genera un sito attivo con
carica negativa sulla superficie esterna.
La capacità delle argille di legare ioni metallici è espressa dalla C.S.C., maggiore è la
C.S.C. maggiore sarà la quantità di cationi adsorbibili.
Minerale
Strati
C.S.C (meq/100 g)
Superficie Specifica (m3/g)
Vermiculite
T-O-T
100 - 150
800 - 600
Montemorillonite
T-O-T
120 - 80
800 - 600
Illite
T-O-T
40 - 10
100 - 65
Clorite
T-O–T-O
40 - 10
40 - 25
Caolinite
T-O
15 - 3
30 - 7
Permeabilità
Si intende la proprietà del suolo di essere attraversato dall’acqua (o dall’aria).
Normalmente la permeabilità si riferisce alla velocità del flusso d’acqua attraverso il mezzo
saturo in direzione verticale. Vengono distinte le seguenti classi:
Velocità (cm/h)
Denominazione classi
′0,0035
Molto bassa
0,0035 – 0,035
Bassa
0.035 – 0,35
Moderatamente bassa
0,35 –3,5
Moderatamente alta
3,5 - 35
Alta
∃ 35
Molto alta
Scheletro.
Si intendono i frammenti rocciosi presenti nel suolo con diametro superiore a 2 mm, in
base alla quantità sono definite le seguenti classi:
Volume (%)
Denominazione classi
′1
Assente
1–5
Scarso
5 – 15
Comune
15 -35
Frequente
35 - 60
Abbondante
∃ 60
Molto abbondante
Tessitura
E’ data dalle proporzioni in peso delle principali frazioni granulometriche sulla quota di
terreno che passa al di sotto del setaccio di 2 mm di diametro.
Vengono individuate le frazioni:
Nome
mm
sabbia
2 – 0,05
limo
0,05 – 0,002
argilla
′ 0,002
Diagramma e Classi tessiturali
Termini
Sigla
Nome di classi
generali
Grossolana
Moder. Gross.
Media
S
SF
Sabbiosa Franca
FS
Franca Sabbiosa
F
Franca
FL
Franca Limosa
L
Moder. Fine
Sabbiosa
FAS
Limosa
Franca Sabbiosa
FA
Argillosa
FAL
Franca Argillosa
Franca Limosa Argillosa
Fine
A
Argillosa
AS
Argillosa Sabbiosa
AL
Argillosa Limosa
Riferimenti bibliografici
Difesa del suolo e tutela dell’ambiente – F. Basso – Pitagora Editrice
Il manuale del geologo – M. Casadio, C. Elmi - Pitagora Editrice
La fitodepurazione: Applicazioni e prospettive – ARPA Toscana
Manuale per la gestione e utilizzazione agronomica dei reflui zootecnici – Emilia Romagna
Prove geotecniche in sito – Ed. Geo-Graph
Sediemntologia - F. Ricci Lucchi Clueb Edit.