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Best Practices nel riutilizzo delle acque reflue urbane: tre anni di
gestione del sistema integrato di affinamento di Fasano (Br)
O. Santoro* [email protected], P. Lorusso*, T. Pastore*, D. Santoro**
*AquaSoil srl, via S. Antonio 3-5, 72015 Fasano (Br)
** Trojan Technologies, 3020 Gore Road, N5V 4T7 London (ON), Canada
Riassunto
Il ricorso a Best Practices nel Riutilizzo delle Acque Reflue Urbane, cosi come
testimoniato dall’esperienza di gestione del sistema integrato di affinamento in Fasano
(Br), e' essenziale per la governance di successo dell'intera filiera
scarico→depurazione→affinamento→riuso.
Il presente lavoro intende mettere in particolare risalto la fattibilita' dell'
implementazione di una strategia gestionale di successo, nel momento in cui una serie
di fattori chiave vengano presi nella dovuta considerazione e gestiti in stretta relazione
tra loro. In particolare, si discutono i risultati più significativi dei primi anni di
gestione evidenziando i trend osservati al 2007, assieme ad una puntuale descrizione
del contesto ambientale e territoriale di riferimento. Si riportano i dati sperimentali
relativi al sistema integrato di riutilizzo, alla qualità delle acque erogate testimoniata
dalla presenza spontanea di bioindicatori, all’analisi della dinamica della domanda
irrigua e dei relativi costi del servizio, per finire con la discussione dei processi
innovativi integrati capaci di garantire, in ogni condizione di esercizio, gli obiettivi
cruciali di risparmio idrico e scarico zero.
Abstract
Best Practices in the field of Wastewater Reuse, as testified by the case study of
Fasano's reclamation plant in Brindisi, play a pivotal role in the successful governance
of the entire sequence discharge→treatment → reclamation → reuse.
This work will demonstrate the feasibility of implementing a successful strategy for
wastewater reclamation plants management and subsequent water reuse, provided that
a series of key factors are taken into consideration and managed in close relation one to
the other.
In particular, the most significant results of the first years of management will be
discussed, underscoring the trends observed in 2007, together with a detailed
description of the environmental context under discussion.
The experimental data - related to the integrated reuse system of Fasano - will be
presented together with the quality of the reused water (testified by the spontaneous
presence of bioindicators), the analysis of the irrigation demand dynamics, the relative
cost of the service, and the presentation of the integrated innovative processes able to
guarantee, under all operational conditions, the crucial objectives of saving water and
obtaining zero wastewater discharge.
1. Introduzione
Il tema sociale dell’acqua, di recente molto dibattuto [1], non può prescindere da una
gestione efficiente, equa e sostenibile delle risorse idriche.
Attualmente in Italia l’acqua disponibile è così utilizzata:
- Agricoltura: 49%
- Industria: 21%
- Usi civili (domestici e non): 19%
- Produzione idroelettrica e raffreddamento delle centrali: 11%.
Nelle regioni del sud Italia, ed in Puglia in particolare, la gestione oculata delle risorse
idriche è cruciale per una politica di sviluppo sostenibile e richiede azioni mirate all’uso
di tecnologie innovative, alla revisione del sistema tariffario applicato, ad incentivare
tecniche di irrigazione efficaci e soprattutto ad avviare definitivamente lo sfruttamento
per usi agricoli o industriali delle acque reflue che ad oggi per la maggior parte vanno
disperse.
La pratica del riuso di acque reflue in agricoltura rappresenta un segmento fondamentale
nelle politiche di risparmio idrico ed è un indirizzo strategico nella programmazione
delle risorse idriche in Puglia. Ad oggi però, in questa Regione, tale pratica interessa
solo lo 0,1% dei terreni agricoli rispetto al totale regionale.
Negli ultimi decenni, sono stati costruiti 40 impianti di trattamento terziario avanzato e
altri ancora sono in cantiere; nonostante tali sforzi, ancora oggi, le complessità tecnicogestionali ed economiche ritardano l’implementazione in piena scala della pratica del
riutilizzo, nonostante la stessa sia ormai ben delineata dal punto di vista normativo.
L’Unione Europea, con la Direttiva 2000/60/CE, ha messo - ormai da anni - al centro
delle sue strategie il recupero, la conservazione e la preservazione della risorsa acqua.
In Italia, gli standard di qualità per il riutilizzo dell’acqua stabiliti dal D.M. 185/2003 e
ribaditi dal recente D.lgs. 152/2006 (T.U. Ambientale) sono molto rigorosi ma al
contempo giustamente cautelativi.
Tanto premesso, si prosegue col presente lavoro il percorso già intrapreso con una
precedente memoria [2] dove veniva descritto il successo della pratica del riutilizzo nel
distretto agricolo di Fasano (Br). Si intende evidenziare, in particolare, come sia
possibile implementare realisticamente una esperienza di successo tecnico-gestionale
nel settore del riuso acque reflue urbane qualora il contesto geografico, idrogeologico,
sociale - assieme ai soggetti interessati – vadano di pari passo ed i processi di
implementazione siano condotti armonicamente.
L'esperienza condotta in Puglia - una delle poche in Italia - insegna come la gestione di
un sistema di riutilizzo delle acque reflue urbane richieda competenza e comprensione
delle dinamiche innescate dalla costante interazione tra domanda ed offerta di risorsa.
Di seguito si descrive, inoltre, il continuo processo di innovazione ed integrazione delle
tecnologie che ha caratterizzato negli ultimi anni l'impianto di affinamento descritto e
che e' stato capace di intercettare le esigenze - in termini di standard di qualità delle
acque erogate - della clientela.
L'innovazione e' consistita, principalmente, nella necessità di progettare, realizzare e
gestire trattamenti integrati in sistemi di accumuli e distribuzione della risorsa oltre che
sezioni alternative di processo capaci di fronteggiare qualsiasi scenario operativo
(incluso condizioni di emergenza), garantendo la qualita' del servizio richiesto.
2. Il sistema integrato di trattamento, accumulo e distribuzione di Fasano
Sin dal 2001, dapprima in gestione pilota con autorizzazione provvisoria, e
successivamente con autorizzazione definitiva rilasciata dalla Provincia di Brindisi ad
AquaSoil Srl (www.aquasoil.it), è in esercizio a Fasano (Br) l'unico impianto italiano di
affinamento, accumulo e distribuzione di acque reflue capace di produrre e consegnare
in agricoltura fino a 8.000 m3 di acqua al giorno. Una rete di distribuzione lunga circa
30 km ed in grado di consegnare alle molteplici utenze fino a 1 m3/min di acqua affinata
con pressione pari a circa 3 atm, ha consentito di erogare (su oltre 500 ettari aziendali
attualmente allacciati) circa 70.000 m3 di acque affinate nel 2005, 240.000 m3 nel 2006
e circa 700.000 m3 nel 2007.
Fig. 1 – Andamento dei consumi irrigui di acque reflue e proiezioni nel quinquennio
2007-2011
2.1. Il presidio depurativo
Il presidio depurativo, dal quale si prelevano le acque destinate al trattamento di
affinamento, è ubicato nella zona costiera di Fasano ed è dimensionato per una
potenzialità complessiva equivalente pari a circa 50.000 abitanti. Esso prevede
trattamenti secondari di ossidazione biologica a fanghi attivi con denitrificazione,
seguiti da clorazione con ipoclorito di sodio.
Lo schema di processo prevede lo scarico del refluo a mare nel rispetto dei limiti
normativi vigenti (DLgs 152/2006).
2.2. Il comparto in studio
Il comparto irriguo si sviluppa per circa 1.000 ettari e risulta carente di risorse idriche
convenzionali direttamente utilizzabili in agricoltura. Del tutto assenti sono invece le
risorse superficiali (a causa della natura geomorfologica e carsica del territorio) mentre
le risorse idriche sotterranee risultano non utilizzabili per l’elevato tenore salino, dovuto
a significativi processi di intrusione marina. Le piogge, scarse e mal distribuitre, si
concentrano nel semestre autunno-inverno ed insistono su terreni a prevalente matrice
sabbiosa che ne determinano un rapido assorbimento nel sottosuolo.
2.3. Opportunità di un completo riutilizzo della risorsa acqua affinata
Il pieno riutilizzo della risorsa potenzialmente disponibile passa attraverso l’estensione
dell'area servita sino a circa 2.000 ettari. Sulla base degli andamenti evidenziati in
Figura 1, l’obiettivo si potrà perseguire entro il 2010. Tale risultato, di rilevante
importanza per l’assetto produttivo agricolo del territorio interessato e per le ricadute
socio-economiche che ne determina, produce molteplici effetti fra cui il miglioramento
delle caratteristiche e delle proprietà del suolo, il miglioramento della qualità delle
acque sotterranee (per l’effetto combinato di ricarica della falda e di riduzione degli
emungimenti) con significative mitigazioni dei processi di desertificazione che stanno
interessando questo territorio e molte regioni del mediterraneo [3,4].
Si stimano, infatti, in circa 150 mm di pioggia-equivalente - nel periodo irriguo da
maggio a dicembre - gli apporti su 2.000 ettari di suolo derivanti dal pieno riutilizzo
della risorsa con un significativo incremento del 25% circa sul dato annuale medio di
pioggia della zona secondo la distribuzione elaborata su dati settimanali mostrata in
Figura 2.
100
mm pioggia
mm acqua affinata distribuita
90
8
80
7
70
6
60
5
50
4
40
3
30
2
20
50
48
46
44
42
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
8
10
6
0
4
0
2
10
0
1
Dati pluviometrici - Pioggia (mm)
Apporti di acqua affinata sul suolo - pioggia eq. (mm)
9
Anno (settimane)
Fig. 2 - Analisi degli apporti irrigui di acque reflue in funzione della pioggia
2.4. Innovazione e peculiarità del sistema integrato proposto
L’impianto di affinamento di Fasano-Forcatella (Br), preleva (completamente o in
parte) le acque in uscita dal presidio depurativo e destinate allo scarico a mare al fine di
conferire il grado di qualità imposto dalla normativa vigente (DM 185/03; DLgs
152/06) e richiesto per il successivo riutilizzo in agricoltura.
I processi si svolgono per intero all’interno di un bacino combinato di accumulo e
trattamento di circa 6.000 m3 (Figura 3) e constano di: (1) sezione di pre-disinfezione
chimica con acido peracetico o sodio ipoclorito, (2) sezione di coagulazione avanzata
con policloruro di alluminio, (3) sezione di post-disinfezione chimica con sodio
ipoclorito o acido peracetico, (4) sezione - opzionale - di post disinfezione fisica con
UV (in configurazione in-linea o con ricircolo in vasca) che agisce da effetto barriera
nel caso di shock-loadings microbici in ingresso all'affinamento.
Fig. 3 - Layout del Sistema Integrato di Affinamento di Fasano (Br)
I trattamenti in vasca - escludendo i trattamenti di disinfezione con UV operanti off-line
in casi particolari - dimostrano di raggiungere i valori microbiologici previsti dalla
normativa vigente (D.M. 185/2003, DLgs 152/06), in particolare per quanto attiene la
concentrazioni di E. Coli.
E. Coli
10000
UFC/100mL
1000
100
10
1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Distanza processo-vasca (m)
Fig. 4 - Profilo longitudinale di inattivazione di E.coli nella vasca di accumulo
Come anticipato, il trattamento di disinfezione a raggi UV, con le specifiche modalità
previste di ricircolo in vasca, consente di fronteggiare possibili anomalie puntuali sui
valori in ingresso/uscita dei parametri microbiologici. Cio' grazie alla possibilita' di
operare il trattamento in configurazione di ricircolo totale o alternativamente con
processo semi-discontinuo come dettagliato nella matrice di intervento riportata in
Tabella 1.
Tab. 1 - Matrice di intervento del sistema UV
Portata di erogazione
[m3/min]
Q<2
2 <Q< 4
Q>4
1° modulo UV
+
+
+
Sistema UV con ricircolo
2° modulo UV
3° Modulo UV
+
+
+
Operando con modalità in ricircolo e' possibile garantire un ulteriore abbattimento sino
a 3 unita' logaritmiche. Infatti, l'elevata trasparenza alla radiazione UV dell'effluente in
ingresso alla sezione UV (UVT= 85%/cm) consente di garantire dosi medie dell'ordine
dei 30 mJ/cm2, ovvero microbiologie prossime allo zero nelle normali condizioni di
esercizio (portata di ricircolo = 200 m3/h). Pertanto, le acque erogate risultano sotto ogni
evenienza gestionale perfettamente conformi alle prescrizioni autorizzative ed ai
controlli effettuati dall’ARPA con tutti i parametri al di sotto dei valori limite stabiliti
dal D.Lgs. 152/2006.
E' inoltre degno di menzione il fatto che, per quanto concerne la verifica della qualità
delle acque erogate, è stato avviato a maggio-giugno 2007 uno studio (tuttora in corso, e
che proseguirà sino all'estate 2008) su forme spontaneamente presenti di zooplancton
campionato in vasca. Con supporto del gruppo di ricerca del C.N.R. - Istituto per lo
Studio degli Ecosistemi - Verbania Pallanza (VB) - dott.ssa Marina Manca, è stato
effettuato uno saggio per la classificazione qualitativa delle specie presenti. Si è
riscontrata presenza significativa di Dafnia Magna [5]. Le sezioni della vasca preferite
per la loro crescita e riproduzione sono state quelle in cui le acque sono più stazionarie,
meno turbolente e sufficientemente lontane dalle zone di disinfezione. Si sottolinea,
inoltre, che questa particolare specie è segnalata tra i principali indicatori biologici di
qualità delle acque ed è correntemente usato per test di tossicità, in quanto molto
sensibile a stress dovuti ad inquinamento [6,7].
2.5. La dinamica della domanda irrigua e i costi del servizio
In un’area studio di circa 164 ettari aziendali allacciati nel 2006 e circa 500 ettari
aziendali nel 2007 (30% della superficie coltivata ad orto - 70% coltivata ad uliveto), si
sono monitorati i consumi mensili negli anni di riferimento e sono stati quantificati i
relativi costi mensili e annuali di produzione della risorsa e del servizio. La struttura
della domanda irrigua (Figura 5) assume un ruolo essenziale nelle buone prassi di
gestione, in quanto da essa dipende il ruolo funzionale dei processi di trattamento ed
accumulo ed i relativi costi specifici di acqua affinata e consegnata alle utenze.
160000
Erogazione (m3)
140000
120000
2006
2007
100000
80000
60000
40000
20000
0
Gen Feb
Mar Apr Mag Giu
Lug Ago
Set
Ott
Nov
Dic
Mesi
Fig. 5 - Dinamica della domanda irrigua nelle stagioni 2006 e 2007
La Figura 6 evidenzia, infine, i costi al m3 di acqua affinata e distribuita, in funzione del
totale annuale dei volumi erogati.
2005
2006
Max nelle attuali condizioni tecniche
Fig. 6 - Andamento del costo specifico della risorsa idrica affinata
Appare evidente come la dinamica dei costi sia fortemente determinata dai volumi
mensili di acqua affinata ed erogata e, nella logica della gestione annuale del servizio,
dai volumi annuali. E’ da evidenziare come nel corso del triennio il costo annuale reale
del servizio al punto di consegna delle utenze sia passato da 0.93 €/m3 nel 2005 a 0.5
€/m3 nel 2006 ed ancora agli attuali 0.3 €/m3, di cui circa 0.15 €/m3 quale costo specifico
di affinamento. Le previsioni per il 2008, in condizione limite strutturale di
funzionamento, individuano tali costi rispettivamente in 0.25 €/m3 e in 0.10 €/m3. E’ da
evidenziare che sul costo reale al m3 il costo specifico di affinamento è sostenuto dalle
utenze ed i costi energetici e di manutenzione straordinaria sono sostenuti
dall’Amministrazione Comunale di Fasano.
2.6. Obiettivo “Scarico Zero”
Nelle attuali condizioni di sistema (erogazione diretta a domanda) l’impianto in
questione può sostenere, senza raggiungere il cosidetto limite strutturale, una domanda
di acqua affinata fino ad un massimo di circa 1.000.000 m3/anno. In tal modo vengono
soddisfatti i picchi giornalieri di domanda - pari a circa 8.000 m3/d - nei mesi di
massima richiesta irrigua.
Il limite strutturale, rappresentato da questa soglia critica (valutata in base ai trend
registrati negli ultimi anni di gestione) che corrisponde a circa 700 ettari aziendali
serviti, si prevede di raggiungerlo nell’anno 2008, e con appena 1/3 della risorsa
potenziale utilizzata.
In tal senso, gli accumuli costituiscono un fattore essenziale per il pieno successo delle
pratiche di riutilizzo in agricoltura in quanto rendono possibile l'uso totale della risorsa
potenzialmente disponibile e consentono di raggiungere due obiettivi molto ambiziosi:
l'eliminazione degli sprechi e “scarico zero” in corpi idrici ricettori.
Sulla base della struttura della domanda del comparto irriguo di Fasano, si è pervenuti a
definire la relazione esistente tra ettari aziendali serviti e volumi di accumulo (Figura 7).
900000
Condizione limite
(massimo riutilizzo della risorsa disponibile)
2000
800000
Volume accumuli (m3)
700000
600000
500000
400000
1500
300000
200000
1200
100000
Condizione max
(senza accumuli)
1000
660
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
Ettari irrigati (ha)
Fig. 7 - Relazione sperimentale tra ettari irrigati e dimensione dei volumi di accumulo
Si evidenzia che l’obiettivo “scarico zero” determinerebbe la realizzazione di accumuli
di rilevante capacità totale pari a circa 850.000 m3, con impatti socio economici ed
ambientali non sempre sostenibili.
Al fine di rendere possibile e sostenibile l’obiettivo prefissato è necessario pertanto
intraprendere e sperimentare azioni finalizzate tanto alla realizzazione di accumuli in
piccoli invasi (presso le aziende) quanto utilizzare la falda acquifera sotterranea quale
bacino naturale di accumulo mediante tecniche di ricarica artificiale (prelevando dalla
stessa solo in occasione dei momenti di punta della richiesta). Si ritiene, infine, molto
opportuno intervenire sull’utenza formandola al fine di modificare la distribuzione
mensile della domanda irrigua, ovvero favorendo il passaggio dalla logica di irrigazione
alla pianta alla più razionale logica di irrigazione al suolo, ovvero con l’immissione sul
suolo irriguo di volumi di acqua costanti e regolari nel tempo, secondo necessità.
3. Conclusioni
Per quanto presentato, il successo della pratica del riutilizzo delle acque affinate in
agricoltura è legato alla capacità di:
- innovare le prassi ordinarie di governance del settore;
- operare in territori tendenzialmente predisposti all’utilizzo di risorse idriche
alternative (mancanza di risorse idriche convenzionali, qualità delle acque,
caratteristiche del suolo, coltivazioni, pratiche agricole, ecc.);
- conseguire il bilanciamento e gestire in maniera ottimale gli squilibri tra
domanda e offerta di risorsa;
- conseguire elevati standard di qualità delle acque distribuite;
- produrre risorsa a costi sostenibili, e comunque paragonabili alle altre fonti di
approvvigionamento;
- semplificare le fasi di gestione tramite validazione dei prodotti, processi e
risultati con l’estensione di casi di successo.
Bibliografia
[1] Regione Emilia Romagna. 2007. Forum permanente sul risparmio della risorsa
idrica.Giornata mondiale dell’acqua (www.forumrisparmioidrico.it)
[2] Santoro et al., 2006. Atti dei seminari Ecomondo 2006.
[3] Casaioli M. et al. 1997. Scenari di cambiamento climatico sul bacino del
Mediterraneo, Rapporto ENEA, RT/AMB/97/28.
[4] DISMED 2003. Map of Sensitivity to Desertification and Drought in the
Mediterranean Basin – Italy
[5] Amodei M. et al. 2000. Daphnia magna nel monitoraggio ambientale. Biologia
Ambientale, 14 (2): 13-19.
[6] Movahedian et al. 2005. Iranian J. Env. Health Sci Eng, Vol.2, No.2, pp.1-4
[7] Pica-Granados et al. 2000. Environmental Toxicology, Vol.15, pp. 322-330