Trattamenti naturali

Transcript

Istituto Tecnico Industriale “S. Cannizzaro” – Catania
Anno Formativo 2012-2013
Corso I.F.T.S.
“Tecnico Superiore per il monitoraggio e la gestione
del territorio e dell’ambiente”
Trattamenti naturali di depurazione delle acque reflue:
fitodepurazione, lagunaggio e serbatoi di accumulo
Dott. Agr. Mirco Milani
([email protected])
Trattamenti naturali di depurazione delle acque reflue
I sistemi di depurazione naturale sono degli ecosistemi artificiali, in cui le varie
componenti (piante, animali, microrganismi, terreno, radiazioni solari) contribuiscono
alla rimozione degli inquinanti presenti nelle acque reflue, rimossi attraverso processi
fisici, chimici e biologici (filtrazione, adsorbimento, assimilazione da parte degli
organismi vegetali, degradazione batterica)
Dott. Agr. Mirco Milani – Trattamenti naturali di depurazione delle acque reflue
Trattamenti naturali di depurazione delle acque reflue
I trattamenti naturali vengono denominati anche estensivi in quanto i processi
di depurazione di tipo chimico-fisico e biologico richiedono:
- lunghi tempi (da 1-2 giorni fino ad alcune decine di giorni);
- estese superfici (da 1-2 m2/AE fino a 10 m2/AE).
Numerose applicazioni sono state realizzate nel settore civile per:
- trattamento secondario di piccole comunità;
- trattamento terziario di medie e grandi comunità;
- affinamento batteriologico ai fini del riuso agricolo.
lagunaggio
serbatoi di accumulo
fitodepurazione
Superficie occupate e consumi di energia di alcuni sistemi di depurazione
Superfici occorrenti e consumi di energia di alcuni sistemi di depurazione
TRATTAMENTI PRELIMINARI
Fossa settica a monte di un trattamento secondario
Fossa settica come trattamento a sé stante
Fossa Imhoff a monte di un trattamento secondario
Fossa Imhoff come trattamento a sé stante
DEPURAZIONE CON SISTEMI NATURALI
Subirrigazione in terreni drenanti
Subdispersione a goccia
Subdispersione drenata
Filtrazione lenta intermittente senza ricircolo
Filtrazione lenta intermittente con ricircolo
Fitodepurazione verticale (secondario)
Fitodepurazione verticale (terziario)
Fitodepurazione subsuperficiale orizzontale (secondario)
Fitodepurazione subsuperficiale orizzontale (terziario)
Fitodepurazione superficiale (secondario)
Fitodepurazione superficiale (terziario)
Evapotraspirazione
Stagno facoltativo (secondario)
Stagno facoltativo (terziario)
Stagno aerobico (affinamento)
Stagno anaerobico
Stagno aerato aerobico-anaerobico
Stagno aerato aerobico
DEPURAZIONE CON SISTEMI IMPIANTISTICI
Filtro percolatore classico a basso carico
Dischi biologici
Filtro biologico aerato (BAF)
Percolatore sommerso aerato (SAF)
MBBR
Fanghi attivi ad aeraz. prol. (a flusso continuo e SBR)
Fanghi attivi MBR
Trattamento chimico
Filtrazione rapida
Superficie
(m2/AE)
0,005÷0,01
0,1÷0,3
0,8÷1,2
0,08÷0,1
0,2÷0,6
Consumi energetici
[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÷1,101
5,5÷11,0
0÷1,101
0÷1,102
3÷7
0÷1,102
0÷1,102
0
0
0
0
0
0÷1,103
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÷1,82
0,35÷0,7
55÷80
55÷80
35÷70
55÷80
70÷120
1÷1,8
1,3÷2
Processi di conversione della biomassa
Fitodepurazione
preliminari
Primari
Secondari
Terziari
disinfezione
Lagunaggio
Serbatoi
d’accumulo
Interesse applicativo dei sistemi naturali
Semplicità
Costruttiva (es: movimentazione terra, realizzazione di piccole opere edili
come pozzetti di scarico)
Gestionale e manutentiva (es: taglio e rimozione della vegetazione, pulizia
delle opere di presa e scarico)
Economicità
Costi di costruzione confrontabili o inferiori a quelli degli impianti intensivi;
Costi di esercizio e manutenzione modesti (es: produzioni di fanghi molto
ridotta, consumo energetico minimo o nullo)
Possibilità di recupero di aree marginali.
Efficienza
Elevata efficienza depurativa per la maggior parte degli inquinanti.
Affidabilità
Ottima capacità buffer.
Interesse applicativo dei sistemi naturali
I sistemi naturali possono essere applicati a tipologie di reflui molto
differenziati tra loro:
– Scarichi civili (trattamento primario, secondario e terziario);
– Reflui industriali (aziende vitivinicole, caseifici, aziende zootecniche,
industria tessile, lavaggi auto, etc.)
– Acque di prima pioggia ;
– Percolati di discarica;
– Fanghi di supero provenienti dagli impianti di tipo biologico
convenzionale;
– …..
Lagunaggio
Consiste nell’accumulo delle acque reflue, sottoposte preliminarmente ad
una grigliatura, in stagni in cui si verificano una serie di processi di tipo
biologico, biochimico e fisico simili a quelli che si verificano nei corpi
idrici naturali a lento ricambio.
I sistemi di lagunaggio operano solitamente in condizioni di livello idrico
e portata costante (sistemi stazionari a flusso continuo) e sono costituiti da
diversi stagni (almeno 2) disposti in serie o in parallelo.
Gli stagni (detti anche stagni biologici) che costituiscono i sistemi di
lagunaggio sono generalmente costruiti in terra ed hanno profondità
variabile da 1 a 5 m.
Lagunaggio
STAGNI
STAGNIBIOLOGICI
BIOLOGICI
STAGNI
STAGNI
ANAEROBICI
ANAEROBICI
STAGNI
STAGNI
FACOLTATIVI
FACOLTATIVI
STAGNI
STAGNIDI
DIOSSIDAZIONE
OSSIDAZIONE
STAGNI
STAGNI
AEROBICI
AEROBICI
STAGNI
STAGNIDI
DI
AERAZIONE
AERAZIONE
STAGNI
STAGNIDI
DI
MATURAZIONE
MATURAZIONE
Stagni anaerobici
Il carico organico immesso è talmente elevato che in tutta la massa liquida si sviluppano
processi di tipo anaerobico;
Sono più profondi (fino a 4-5 m) degli stagni di ossidazione e generalmente costituiscono il
primo stadio di un sistema di lagunaggio;
Riduzione degli scambi con l’atmosfera in seguito alla formazione di uno strato di grasso e
materiale vario galleggiante;
Svolgono il ruolo di sedimentazione primaria con rimozione della sostanza organica fino ad un
max del 70%, SST fino al 30%;
Modesta efficienza nella rimozione dei batteri ( max 2 log unit);
Possono causare cattivi odori (fermentazione anaerobica).
H 2S
RS
NH 3
CH 4
CROSTA
AFFLUENTE
BATTERI ANAEROBI FACOLTATIVI
CH 4
CO2
EFFLUENTE
NH 3
BATTERI ANAEROBI STRETTI
Stagni di ossidazione
I processi depurativi sono prevalentemente di tipo aerobico e l’ossigeno
necessario per il metabolismo della sostanza organica da parte dei
microrganismi aerobi viene fornito dall’attività fotosintetica algale ed, in
misura più ridotta, dallo scambio tra la superficie liquida e l’atmosfera.
Possono suddividersi in:
• stagni facoltativi
(tirante 2-3 m)
• stagni aerobici
(tirante 0.5-1 m)
• stagni di maturazione
(tirante 1-1.5 m)
Stagni facoltativi
I processi di depurazione si differenziano tra superficie (epilimnio) e fondo
(ipolimnio);
Profondità variabile da 2 a 3 m;
Generalmente costituiscono il secondo stadio di un sistema di lagunaggio;
VENTO
O2
LUCE
SOLARE
scambio di ossigeno fra
ambiente liquido e atmosfera
Superficie liquida
LIQUAME
ALGHE
solidi disciolti e colloidali
ZONA AEROBICA
EFFLUENTE
solidi sedimentabili
CO 2
O2
BATTERI
AEROBI
SEDIMENTI
ZONA ANAEROBICA
Rifiuti organici
acidi organici
alcoli, aldeidi
CH 4 CO2
NH 3
H 2S
Stagni di ossidazione
STAGNO AEROBICO:
Hanno un comportamento completamente aerobico anche in prossimità del fondo;
Profondità variabile tra 0,5 – 1 m;
Processi depurativi simili a quelli che si verificano nell’epilimnio degli stagni
facoltativi;
Generalmente vengono posti a valle di stagni facoltativi;
STAGNO DI MATURAZIONE:
Profondità variabile tra 1,0 – 1,5 m;
Tempi di detenzione di circa 2-3 giorni;
Generalmente costituiscono l’ultimo stadio di un sistema di lagunaggio;
Ulteriore rimozione di sostanza organica, solidi sospesi, nitrati, fosfati e, in
particolare, microrganismi patogeni.
Esperienze di lagunaggio
Sistema di lagunaggio di
Mezé (Francia) a servizio di
25.000 AE
Sistema di
lagunaggio terziario
di Tel Aviv (Israele)
Lagunaggio – rendimenti depurativi
Rimozione della sostanza organica fino al 90%;
Rimozione dell’azoto totale fino al 70 – 90%;
Rimozione del fosforo fino al 30 – 50%;
Modesta rimozione dei solidi sospesi a causa della presenza di microalghe;
Rimozione di coliformi fecali fino al 99,999%.
Lagunaggio
SCHEMA DI UN SISTEMA DI TRATTAMENTO ESTENSIVO PER IL
RIUSO AGRICOLO
LIQUAME
AN: Stagno anaerobico
TRATTAMENTI
PRELIMINARI
F:
Stagno facoltativo
S:
Serbatoio di stabilizzazione
BY PASS
AN
RIUSO
AGRICOLO
F
F
Scarico
S
Lagunaggio – caratteristiche gestionali
Taglio della vegetazione sulle sponde;AN: Stagno anaerobico
F:
Pulizia delle opere di presa e di scarico;
S:
Stagno facoltativo
Serbatoio di stabilizzazione
Rimozione del materiale galleggiante;
Rimozione delle schiume in prossimità delle opere di sfioro;
Riparazione di eventuali danni alle arginature;
Rimozione fanghi con frequenza di circa 5-10 anni;
Serbatoio di accumulo
Sono ecosistemi ipertrofici simili agli stagni biologici, tuttavia numerose
differenze esistono tra i due sistemi: AN: Stagno anaerobico
F:
Stagno facoltativo
• profondità maggiori (6-8 m, fino aS:20Serbatoio
m);
di stabilizzazione
• capacità di accumulo molto elevate (fino a parecchi milioni di m3);
• regime idraulico non stazionario.
Le modalità di gestione rappresentano il principale fattore che influisce
sulle comunità biologiche e sulle caratteristiche qualitative delle acque
reflue.
Serbatoio di accumulo
Obiettivi:
Affinamento;
Stoccaggio;
Soddisfacimento domanda uso irriguo;
Equalizzazione delle variazioni orarie della portata;
Minimizzazione dei problemi gestionali di un sistema di riuso;
Tutela della qualità dei corpi idrici ricettori utilizzati a scopo ricreativo:
accumulo durante la stagione turistica e scarico durante l’inverno;
Risanamento di corsi d’acqua a regime torrentizio: accumulo durante la
stagione asciutta e scarico durante il periodo piovoso
oppure
accumulo durante la stagione piovosa e scarico durante il periodo
asciutto per il mantenimento del “deflusso minimo vitale”.
Serbatoio di accumulo: processi depurativi
Serbatoio di accumulo: processi depurativi
Serbatoio di accumulo: rendimenti depurativi
Rendimento variabile in relazione alle caratteristiche delle acque reflue
immesse, al clima, alle caratteristiche geometriche del serbatoio e alle
modalità di gestione;
Rimozione dei solidi sospesi fino al 70%;
Rimozione del BOD5 pari a circa 30-50%;
Rimozione di coliformi fino a 4-5 ordini di grandezza;
Rimozione totale di Salmonella e uova di elminti.
Serbatoio di accumulo: schemi di impianto
c) Sistema di serbatoi in serie
SA
D
D
D
SA
SA
SA
SA
SA
a)
b)
c)
D= impianto di trattamento
a) Serbatoio di accumulo singolo
b) Sistema di serbatoi funzionanti in parallelo
c) Sistema di serbatoi funzionanti in serie
Serbatoio di accumulo: caratteristiche gestionali
ACCUMULO IN CONTINUO
Immissione continua delle acque reflue all’interno del serbatoio e prelievi
discontinui delle acque reflue.
ACCUMULO A BATCH
Immissione delle acque reflue in un periodo relativamente breve e nel
mantenimento di condizioni stazionarie, a meno delle perdite
per
evaporazione ed infiltrazione, delle acque reflue nel serbatoio fino al
periodo di prelievo.
Serbatoio di accumulo: caratteristiche gestionali
ANDAMENTO DEI LIVELLI IDRICI E DEI VOLUMI IN UN
SERBATOIO DI ACQUE REFLUE A FLUSSO CONTINUO E
PRELIEVO DISCONTINUO (Juanico e Dor, 1999)
Serbatoio di accumulo: esperienze
Sistema di lagunaggio e accumulo del
sistema di depurazione di Yoknean
(Jeezrael Valley, Israele)
Schema generale del sistema di
depurazione delle acque reflue della città
di Gerusalemme (Israele)
Serbatoio di accumulo a servizio
della città di Tel Aviv (Israele)
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
Fitodepurazione: classificazione
SISTEMI DI
FITODEPURAZIONE
SISTEMI A MACROFITE
RADICATE
SISTEMI A MACROFITE
EMERGENTI
SISTEMI A FLUSSO
SUBSUPERFICIALE
(SSF)
SISTEMI A FLUSSO
SUBSUPERFICIALE ORIZZONTALE
(H-SSF)
SISTEMI A MACROFITE
GALLEGGIANTI
SISTEMI A MACROFITE
SOMMERSE
SISTEMI A FLUSSO
SUPERFICIALE
(FW S)
SISTEMI A FLUSSO
SUBSUPERFICIALE VERTICALE
(V-SSF)
Macrofite
Macrofite: classificazione
Macrofite sommerse
Macrofite galleggianti
Giacinto d’acqua
(Eichornia crassipes)
Lenticchia d’acqua
Lattuga d’acqua
(Lemna sp.)
(Pistia stratiotes)
Macrofite radicate
Cannuccia di palude
Mazza di tamburo
Papiro
(Phragmites australis)
(Typha latifolia)
(Cyperus papyrus)
Macrofite: moltiplicazione
Macrofite: moltiplicazione
La fitodepurazione in Italia
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)
HF
61%
Oth.
6%
RCW
1%
BUFFER ZONES
1%
VF
7%
HF + FWS
7%
HF+VF
4%
HF + VF + FWS
3%
FWS
10%
Diffusione delle diverse tipologie di impianti di fitodepurazione (modificato da
Masi, 2002)
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)
Sistemi a flusso superficiale (FWS)
Bacini di forma allungata e bassa profondità
Utilizzati prevalentemente come trattamento terziario
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
Eichornia crassipes (giacinto d’acqua)
E’ una delle piante più produttive (da 10 individui in 8
mesi di attività vegetativa si possono ottenere 600.000
piante ricoprendo un’area di 0,4 ha).
I giacinti partecipano direttamente ai processi depurativi
assorbendo grandi quantità di nutrienti; creano uno
strato omogeneo che favorisce la sedimentazione,
forniscono nell’apparato radicale un ambiente aerobico
idoneo per lo sviluppo di microrganismi che abbattono
azoto e BOD.
L’impiego in Italia è limitato dai costi di gestione elevati,
dovuti alla frequente raccolta di biomassa vegetale, e
dalla scarsa resistenza a temperature medie inferiori ai
10 °C (anche nel sud Italia l’inoculazione di un bacino
non è possibile prima di aprile).
Problemi caratteristici sono la produzione di cattivi
odori e la proliferazione delle larve di insetti. Inoltre
sotto lo strato di giacinti si crea un ambiente anaerobico
che impedisce la presenza dei pesci solitamente utilizzati
per controllare lo sviluppo delle larve. Una soluzione
per limitarne la crescita e consentire la vita di predatori
naturali è la creazione di zone del bacino libere da
vegetazione per aerare il mezzo.
Lemna minor (lenticchia d’acqua)
Habitat più esteso dei giacinti (temperature fino ad 1 - 3 °C).
Velocità di crescita minore, ma comunque molto elevata
(raddoppia la sua massa in 2-3 giorni)
La morfologia limita i risultati depurativi, perchè non riesce a
fornire adeguato supporto alla crescita di microrganismi,
limitando l’impiego al solo trattamento terziario dei reflui.
La superficie dei bacini è divisa in piccole parcelle per evitare
che il vento crei discontinuità nella copertura vegetale.
Trasforma efficientemente i nutrienti assorbiti in biomassa ad
alto valore nutritivo (presenza di proteine, grassi, azoto e
fosforo nei tessuti doppia rispetto al giacinto) per cui, in
assenza di metalli pesanti o altri composti pericolosi, è stato
ipotizzato l’impiego della biomassa prodotta come integratore
nei mangimi animali, anche se l’uso è stato di fatto impedito
dall’assenza di appositi mercati e dalle restrizioni legislative.
Contrasta efficacemente la proliferazione di insetti
impedendone la deposizione di uova attraverso il denso strato
delle piante.
Profondità dei bacini: 90 - 150 cm con esempi di oltre 2m.
Sistemi a flusso superficiale (FWS) - Controllo zanzare: Gambusie
Pesci di piccole dimensioni (2 - 6 cm), di
colore grigio marroncino. Il maschio è molto
più piccolo della femmina.
Originarie del continente americano,
frequentano le acque dolci e salmastre,
preferendo i livelli alti e medi di stagni, canali
e fiumi, ma soprattutto le zone paludose
Molto resistenti, sopravvivono anche in
acque con bassa presenza d’ossigeno, ad alta
salinità (che includono due volte quella
dell’acqua di mare) ed a temperatura elevata
(persino fino a 42 °C per brevi periodi).
Si nutrono di vermi, insetti acquatici, piccoli
crostacei ma soprattutto di larve di insetti e
tra queste le preferite sono le larve e pupe di
di zanzara.
Commerciati in tutto il mondo e destinati
prevalentemente all'allevamento in stagni
all’interno di giardini, proprio a causa della
loro alimentazione a base di larve di zanzara.
Sistemi a flusso sub-superficiale orizzontale (H-SSF)
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 orizzontalmente in continuo attraverso il terreno in cui sono
radicate le macrofite (prevalentemente Phragmites spp.)
Funzionamento in condizioni di terreno saturo, ma con il livello idrico non affiorante
Semplicità ed economia gestionale
Assenza di acqua libera (sviluppo di
insetti modesto)
Superficie occupata: 4-5 m2/AE
(trattamenti secondari) e 1-2 m2/AE
(trattamenti terziari)
Molto efficace nella rimozione di
sostanza organica e SST, meno per la
rimozione dei nutrienti
Interessanti
prestazioni
nella
riduzione della carica batterica
Molto
utilizzato
in
Europa,
numerose applicazioni anche in Italia
(fonte Artec Ambiente srl)
Sistemi a flusso verticale (V-SSF)
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 granulometria
variabile
Il liquame viene fatto fluire verticalmente attraverso il terreno in cui sono radicate le
macrofite (prevalentemente Phragmites)
Funzionamento con cicli di riempimento-svuotamento in modo da migliorare al massimo
l’aerazione del terreno
Usati efficacemente come trattamento secondario o terziario
Presentano rendimenti migliori
rispetto al flusso orizzontale
(riduzione fino al 50% delle superfici
a parità di rendimento)
Sono in grado di nitrificare
efficacemente, e spesso utilizzato a
questo scopo in accoppiamento ai
sistemi orizzontali
Distribuzione omogenea del liquame
su tutta la superficie costituisce un
problema idraulico non banale
Sistemi a flusso verticale (V-SSF)
dispositivi di ripartizione
superficiale
piante acquatiche
adduzione periodica
liquame
apertura e regolazione scarico
rivestimento
impermeabile
ghiaietto
8-12 mm
ghiaia
20-30 mm
tubazioni di
drenaggio
ghiaia
30-60 mm
H = 0,80 - 1,50 m
a seconda delle condizioni
locali
scarico effluente
depurato
Soluzioni impiantistiche
Le combinazioni impiantistiche maggiormente utilizzate sono:
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.
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.
Fitodepurazione – processi di rimozione
Processo
Inquinanti coinvolti
Spiegazione
Sedimentazione
P – solidi sospesi
S – solidi colloidali
A – BOD, azoto, fosforo, metalli pesanti, so stanza
organica refrattaria, batteri e virus
Sedimentazione per gravità dei solidi e inquinanti associati
Filtrazione
S – solidi sedimentab ili, solidi colloidali
Le particelle vengono filtrate e trattenute durante il passaggio
attraverso il substrato, le radici, ecc.
Adsorbimento
S – solidi colloidali
Per azioni di forze di Van der Waals
Volatilizzazione
P – sostanze organiche volatili, sostanze aromatiche,
composti alogenati leggeri
Le sostanze organiche con alta pressione di vapore passano
all’atmosfera dove possono venire eventualmente ossidate
Precipitazione
P – fosforo, metalli pesanti
Formazione di, o coprecipitazione di, composti insolubili
Adsorbimento
P – fosforo, metalli pesanti
S – sostanza organica refrattaria
Adsorbimento sul substrato e superfici organich e
Decomposizione
P – sostanza organica refrattaria
Decomposizione di composti meno stabili per radiazione UV,
ossidazione e riduzione
Metabolismo microbico
P – solidi colloidali, BOD, azoto, sostanza organica
refrattaria, metalli pesanti
Rimozione dei solidi colloidali e della sostanza organica disciolta
dai batteri associati alla vegetazione
Nitrificazione/denitrificazione batterica
Ossidazione microbica di metalli
Metabolismo veg etale
S – sostanza organica refrattaria, batteri e virus
Assorbimento e metabolizzazione della sostanza organica della
vegetazione
Essudati radicali potenzialmente tossici per organismi enterici
Adsorbimento vegetale
S – azoto, fosforo, metalli pesanti, sostanza organica
refrattaria
Le piante ne assorbono discrete quantità in presenza di adeguate
condizioni
Morte naturale
P – batteri e virus
Morte naturale degli organismi in un ambiente sfavorevole
Processi fisici
Processi chimici
Processi biologici
FWS – Rendimento depurativo
Numero
impianti
(*)
BOD5
COD
NTOT
N-NH4
PTOT
SST
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
Cina
1-5
72
62
57
41
59
84
Belgio
12
n.r.
61
31
n.r.
26
75
Egitto
1
78
68
n.r.
n.r.
32
57
Estonia
1
81
n.r.
66
n.r.
69
n.r.
Finlandia
2
n.r.
n.r.
22
35
30
28
Grecia
1
94
96
n.r.
n.r.
53
95
Indonesia
1
n.r.
88
43
n.r.
86
n.r.
Italia
1
50
9
n.r.
n.r.
n.r.
n.r.
Nord
America
69
74
n.r.
53
54
57
70
Thailandia
1
58
n.r.
n.r.
40
26
57
Turchia
3
50
40
53
n.r.
34
n.r.
1-48
n.r.
48
14
32
39
49
69
59
44
51
44
60
Nazione
USA
MEDIA
H-SSF – Rendimento depurativo
Nazione
Australia
Austria
Belgio
Brasile
Cina
Danimarca
Danimarca e UK
Egitto
Estonia
Francia
Germania
Giordania
Italia
Marocco
Nepal
Nord America
Polonia
Repubblica Ceca
Slovenia
Spagna
Svezia
Tanzania
Turchia
Uganda
USA
MEDIA
Numero
impianti
(*)
BOD5
COD
NTOT
N-NH4
PTOT
SST
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
3
1
2
1
1-2
71
52-80
1-4
1
1
1-8
1
1-24
3
2-3
8-34
5-6
32-56
5
1-3
3
1
1
1
1-4
75
93
n.r.
69
90
80
86
78
n.r.
94
84
54
63
n.r.
n.r.
68
83
87
80
79
93
n.r.
31
57
78
68
80
72
71
81
66
75
78
n.r.
94
76
n.r.
81
56
68
n.r.
64
75
81
72
n.r.
50
n.r.
n.r.
61
n.r.
51
33
78
35
40
43
n.r.
46
57
79
n.r.
64
n.r.
38
56
24
42
n.r.
n.r.
40
n.r.
n.r.
63
n.r.
18
91
n.r.
n.r.
21
34
33
n.r.
57
n.r.
85
n.r.
58
30
44
25
n.r.
43
77
25
n.r.
20
50
56
26
22
70
48
72
51
32
27
39
77
27
95
n.r.
49
9
n.r.
33
46
51
n.r.
36
58
n.r.
n.r.
54
19
88
88
86
38
98
73
86
78
96
97
64
84
63
70
79
77
85
n.r.
92
n.r.
n.r.
n.r.
n.r.
90
79
73
46
38
38
81
V-SSF – Rendimento depurativo
Numero
impianti
(*)
BOD5
COD
NTOT
N-NH4
PTOT
SST
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
1-3
96
70
36
91
63
92
Austria e UK
4
96
87
38
66
58
90
Belgio
6
n.r.
94
52
n.r.
70
98
Cina
1
82
n.r.
39
n.r.
46
n.r.
Colombia
1
72
63
n.r.
n.r.
n.r.
59
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.
Grecia
1
97
94
n.r.
94
n.r.
99
Indonesia
1
n.r.
95
82
n.r.
95
n.r.
Israele
1
97
96
98
n.r.
99
n.r.
Italia
3-7
88
82
34
90
76
80
Nepal
1
97
93
n.r.
96
n.r.
97
1-5
n.r.
85
68
52
74
n.r.
2
n.r.
96
n.r.
98
n.r.
100
Turchia
1-11
74
53
45
53
38
59
UK
1-2
97
81
59
90
n.r.
84
91
83
67
79
53
91
Nazione
Austria
Svizzera
Thailandia
MEDIA
Fitodepurazione – effetti delle macrofite
Riduzione della velocità del flusso idrico
Riduzione della velocità del vento sulla superficie dell’acqua (FWS)
Attenuazione della luce
EFFETTI
FISICI
Filtrazione
Prevenzione 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’evapotraspirazione
Formazione e rilascio di carbonio organico
Rilascio di sostanze antibiotiche dalle radici
Conferimento di un aspetto esteticamente apprezzabile al sistema
ALTRI
EFFETTI
Formazione di habitat favorevoli all’insediamento della fauna
Formazione di biomasse
Macrofite: effetti secondari
Macrofite con valenza estetica
Importanza relativa del ruolo delle piante nei diversi sistemi di fitodepurazione
Funzioni della vegetazione
Flusso
Superficiale
Flusso
Sub-Superficiale
Flusso
Sub-Superficiale
Verticale
Sistemi
Combinati
Stabilizzazione della superficie del
sedimento
+++++
+++++
+++
+++
-
-
+++++
+++++
+++
-
-
-
+++++
++
+
+++
+++
+++
+++
+++
Supporto per biofilm batterico
+++++
+++
+
+
Assorbimento nutrienti
+++++
+
-
+
+
++
+
+
Habitat per fauna
+++++
+++
+
+
Estetica
+++++
+++++
+++
+++++
Prevenzione intasamento del medium
Riduzione della velocità della corrente
Attenuazione della luce
Isolamento termico
Trasferimento e rilascio di ossigeno
Sistemi a flusso superficiale (FWS) – Palm Beach County, Florida
Sistemi a flusso superficiale (FWS) – Florida
Sistemi a flusso superficiale (FWS) – Florida
Sistemi a flusso superficiale (FWS) – Irlanda
Trattamento reflui di
azienda zootecnica
Sistemi a flusso superficiale (FWS) – Irlanda
Trattamento percolato
di discarica
Sistemi a flusso superficiale (FWS) - Cà di Mezzo (Codevigo)
Derivazione e trattamento
di acqua di fiume: Tratta
circa due terzi dei carichi
inquinanti che transitano
nel canale Altipiano
Sistemi a flusso superficiale (FWS) - Molentargius (Cagliari)
Superficie complessiva: 37
ettari per trattare, con una
profondità media pari a 55
cm, una portata di 300 l/s
con residenza idraulica di
circa 5-6 giorni.
Specchio acqueo netto: 27
ettari.
Sistemi a flusso superficiale (FWS) - Monselice (Veneto)
Sistemi H-SSF – Carpaneto Piacentino (PC)
Impianto a servizio del caseificio “Santa Vittoria” per il trattamento di reflui
prodotti nella produzione di Parmigiano Reggiano (10,5 m3/giorno) e Grana
Padano (70 m3/giorno)
Sistemi H-SSF – Carpaneto Piacentino (PC)
Wakodahatchee Wetlands (Palm Beach, Florida)
•
•
56 acri per il trattamento terziario di acque reflue (ricarica degli acquiferi)
Più di 140 diverse specie di uccelli
Airone verde
(Photo:Gloria
Hopkins)
Gallinella
viola
(fonte Hans Brix)
(Photo:Gloria Hopkins)
H-SSF + V-SSF a servizio di un albergo
(fonte IRIDRA)
Trattamento delle acque di deflusso superficiale, Portland (Oregon)
V-SSF – Medmenham (U.K.)
V-SSF – Mørke (Danimarca) e Rouissilon (Francia)
Impianto combinato – Dicomano (Firenze)
HF
VF
HF
FWS
1000 m2
1680 m2
1800 m2
1600 m2
Fitodepurazione per il trattamento di acque grigie – Oslo (Norvegia)
Fitodepurazione per il trattamento di acque grigie
Bologna (BO)
20 abitanti equivalenti
Castello di Godego (TV)
(Centro Benessere)
Bologna (BO)
Toronto
sei contenitori in
polistirene
riempiti con plastica riciclata
piantumati con diverse specie
prelevate dalle rive del vicino
fiume Don Valley
Elevated Wetlands by Neil
Hadley and Noel Harding
Bagno pubblico (hammam) ad Attaissir - El Attaouia, Marocco
trattamento acque grigie riutilizzate per l’irrigazione dei parchi
portata: 60 m3/giorno
il sistema è composto da due linee in parallelo ognuna costituita HSSF + VSSF piantumato
con rose per una superficie totale di 200 m2
Acque grigie
1° stadio
2° stadio
Parco irrigato con le acque trattate
(Fonte: Bouchaib el
Hamouri and Martin
Regelsberger, Sustainable
water management 2008)
Villaggio di Haran Al-Awamied, Syria- EcoSan project
40 km sud est di Damasco
7.000 A.E.
Portata: 300 m³/giorno
Il sistema consiste in una sedimentazione primaria, 3 letti di fitodepurazione: 2 per il
trattamento delle acque reflue (68 m x 22 m x 1.5 m) e 1 per il trattamento fanghi (20 m x
10 m x 1.8 m) , e infine un serbatoio di accumulo di 150 m³
Irrigazione dei campi
2000
2004
trattamento fanghi
(source: Mohamed)
(source: Mohamed)
(source: Mohamed)
Sistema di fitodepurazione a scarico zero
(fonte Hans Brix)
Fitodepurazione per il trattamento di acque grigie – Oslo (Norvegia)
Agriturismo Spannocchia (60 a.e.) – Chiusdino (SI)
Bagno pubblico (hammam) ad Attaissir - El Attaouia, marocco
•
•
•
trattamento acque grigie riutilizzate per l’irrigazione dei parchi
portata: 60 m3/giorno
il sistema è composto da due linee in parallelo ognuna costituita HSSF + VSSF piantumanto
con rose per una superficie totale di 200 m2
Acque grigie
1° stadio
2° stadio
Parco irrigato con le acque trattate
(Fonte: Bouchaib el
Hamouri and Martin
Regelsberger,
Sustainable water
management 2008)
Impianto di fitodepurazione per singole unità abitative
Fognatura mista
Fognatura
separata
H-SSF - Trattamento e riuso acque grigie (4 A.E.)
Fitodepurazione + Serbatoi accumulo - San Michele di Ganzaria (CT)
In esercizio dal 2001
In esercizio dal 2007
H-SSF1
H-SSF2
Depuratore
comunale
H-SSF3
S1
Fiume tempio
S2
S3
Aree irrigabili
H-SSF4
Vasche di
fitodepurazione
Serbatoi
di accumulo
H-SSF3
H-SSF1
H-SSF4
H-SSF2
S2
S1
S3
Volume
(m 3)
Profond ità
(m)
tempo di
detenzione
nominale
(giorni)
Serbatoio S1
8800
5
16
63
Serbatoio S2
8800
5
16
45
Serbatoio S3
7700
5
13
Portata
(m3/giorno)
Superficie
(m2)
Larghezza
(m)
Lunghezza
(m)
Letto F1
215
1950
25
78
Letto F2
240
2080
33
63
Letto F3
240
2080
33
Letto F4
125
1035
23
Profondità letto =1m
Inlet
1
Pendenza fondo 1%
3
Outlet
Guaina bentonitica
4 mm
Marzo 2001
Settembre 2001
Casa Vinicola Luigi Cecchi e Figli, Castellina in Chianti (SI)
•
•
•
•
Q = 35 m3 /d
Il sistema consiste in un pretrattamento con fossa Imhoff, seguito da due stadi, il
primo costituito da un letto H-SSF (480 m2) e il secondo da un FWS (850 m2).
L’effluente è utilizzato per l’irrigazione dell’orto
Fonte: IRIDRA S.r.l. (Firenze)
CECCHI
Imhoff
Stazione sollevamento
Riuso
o scarico
in corpo idrico
Flow (m3/day)
70
Surface area 1th stage VRBF (m2)
1200
Surface area 2nd stage HSSF (m2)
960
Surface area 3rd stage FWS (m2)
850
Surface area final sand filter (m2)
VRBF beds depth (m)
50
0.85
Top 40 cm gravel ∅ 2-8 mm
20 cm gravel ∅ 5-20 mm
Bottom 25 cm gravel ∅ 40 mm
0.80
8-12
7.3
VRBF filling media (m)
HSSF beds depth (m)
HSSF Gravel size (mm)
Total HRT (d)
IN
OUT
pH
6.54
7.72
n°
samples
13
COD (mg/l)
3418
57.8
14
Sulphides (mg/l S)
2.75
0.25
13
Total P (mg/l P)
10.88
4.36
13
Fitodepurazione – costi d’impianto
Il costo di un impianto di fitodepurazione dipende, oltre che dalla zona di
realizzazione dell’impianto, dal dimensionamento dell’impianto stesso
(superficie utile) in cui si tiene conto di:
obiettivi depurativi prefissati, a sua volta dipendenti dalle condizioni
ambientali del corpo idrico recettore e dagli A.E. corrispondenti allo
scarico trattato;
condizioni climatiche del sito di intervento;
tipologia di refluo (caratteristiche qualitative e quantitative);
tipologie impiantistiche scelte in fase di progettazione;
morfologia dell’area di intervento.
Fitodepurazione – costi d’impianto
250.000,00
Curva di costo ottenuta
dall’analisi di un campione di
34 impianti realizzati
prevalentemente nel centro
Italia al servizio di reflui
urbani o domestici compresi
tra 2 e 620 A.E.
y = 0,0008x2 + 96,883x + 6296,8
150.000,00
100.000,00
50.000,00
0,00
0
500
1000
1500
2000
2500
m2 HF
140
160
Centro - Italia
140
Sud - Italia
120
120
100
€ /m q
100
€/mq
euro
200.000,00
80
60
80
60
40
40
20
20
0
0
0
1000
2000
3000
4000
m q ( s u p e r ficie u t ile )
5000
6000
0
500
1000
1500
mq (superficie utile)
2000
Fitodepurazione – costi di gestione
La scarsità di dati a disposizione, provenienti da impianti italiani, non
permette una valutazione dei costi di gestione basata su dati reali. Tali
costi si possono comunque stimare con sufficiente precisione
considerando le voci che maggiormente incidono su di essi:
• Estrazione e smaltimento fanghi vasca Imhoff: 7 €/A.E. all’anno;
• Taglio e smaltimento piante vasche di fitodepurazione: 1,44 €/A.E.
all’anno;
• Manutenzione ordinaria: 2,5 €/A.E. all’anno.
TOTALE COSTI GESTIONE: 11 €/A.E. ALL’ANNO
Esempio: Sistema H-SSF a servizio di 4 A.E.
BOD5 = 300 mg/L
BOD5 = 210 mg/L
BOD5 = 20 mg/L
Q = 1 m3/giorno
fossa Imhoff
H-SSF
Dimensioni impianto H-SSF
Area: circa 16 m2
Costo stimato:
Larghezza: 2,5 m
Circa 3.000 €
Lunghezza: 6,5 m
R
I
U
S
O

Trattamenti naturali

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