Sistemi localizzati di riuso delle acque reflue e meteoriche in

Transcript

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
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.
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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
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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%
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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
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Possibili schemi di
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
SVANTAGGI:
¾
Necessità di volumi
aggiuntivi per la
separazione delle
prime piogge
¾
Non è possibile
recuperare volumi
idrici dagli eventi
meteorici più piccoli
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Possibili schemi di
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
Sfioro troppo
pieno
Vasca riuso
SVANTAGGI:
¾
Ridotta efficienza di
recupero dei volumi
meteorici
Tratt. chimico.-fisico
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TRATTAMENTI PER IL RECUPERO
DI ACQUE DI PIOGGIA
PRE-STOCCAGGIO, in fase di raccolta:
9
DI ACQUE DI PIOGGIA
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
10
DI ACQUE DI PIOGGIA
11
DI ACQUE DI PIOGGIA
acqua piovana grezza
allo stoccaggio
SEPARATORE CENTRIFUGO
Continuous Deflection Separator CDS
12
DI ACQUE DI PIOGGIA
allo stoccaggio
acqua piovana grezza
SEPARATORE/DECANTATORE
+
FILTRO
strato filtrante poroso
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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
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DI ACQUE DI PIOGGIA
POST-STOCCAGGIO:
Filtrazione su cartucce
+
disinfezione a raggi u.v.
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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
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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
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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
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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
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RISPARMIO DI ACQUA POTABILE: 25÷30%
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RECUPERO E RIUSO DI ACQUE GRIGIE
COSTI D’INVESTIMENTO (Vita utile = 15 – 20 anni)
Costo Specifico [US$/appartamento]
3÷4 persone x piano
con biofiltri o RBC
1.800
1.500
1.200
Importi 3÷4 volte più grandi
900
prevedendo un trattamento
biologico tipo MBR
600
300
0
0
20
80
40
60
Numero di appartamenti
100
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Costo Specifico annuo [US$/appartamento]
COSTI D’ESERCIZIO
3÷4 persone x piano
con biofiltri o RBC
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Tempi di recupero dell’investimento
Tempo di recupero [anni]
Tempo di recupero dell’investimento
funzione del costo dell’acqua
potabile distribuita
RBC
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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
24
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
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Caratteristiche della domanda
idrica residenziale e
potenzialità per il riuso
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”
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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
Sfioro troppo
pieno
Vasca riuso
Tratt. chimico-fisico
⎧se Vr < Vr ,max ⇒ 0
⎨
⎩ se Vr ≥ Vr ,max ⇒ Vr −Vr ,max
Vfognatura
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
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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
28
1993
Rainfall depth [mm]
N° Events (Vrain>2mm)
Average ADWP [days]
Average rainfall intensity
[mm/h]
Maximum 5min rainfall
intensity [mm/h]
intensity [mm/h]
intensity [mm/h]
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
29
1999
Rainfall depth [mm]
N° Events (Vrain>2mm)
Average ADWP [days]
Average rainfall intensity
[mm/h]
intensity [mm/h]
intensity [mm/h]
intensity [mm/h]
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
30
Analisi dei risultati
Efficienza di riuso media nel decennio analizzato
D= 4 m3/haimp
D= 12 m3/haimp
η riuso =
Vrecuperato
Vrichiesto
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Efficienza di riuso media nel decennio analizzato
D= 4 m3/haimp
D= 12 m3/haimp
η riuso =
Vrecuperato
Vrichiesto
Interventi localizzati di riuso delle acque meteoriche in ambiente urbano
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Riduzione dei deflussi scaricati in fognatura in tempo di pioggia
D= 4 m3/haimp
D= 12 m3/haimp
η scarico = 1 −
Vfognatura
Vpioggia
33
Variabilità dell’efficienza nel riuso delle acque meteoriche
in funzione della variabilità pluviometrica
34
Effetto della separazione delle prime acque di pioggia
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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
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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
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