La fitodepurazione: trattamento e recupero delle acque di scarico con sistemi naturali

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È scientificamente provato che luoghi coperti da vegetazione come le foreste, i prati, i campi agricoli presentano ottime capacità di ricarica della falda ed elevata traspirazione (al contrario delle aree densamente urbanizzate che sono soggette a fenomeni di impermeabilità del suolo e traspirazione pressoché inesistente).Mirandola-MO-fitodepurazione2[1] Ciò dimostra l’importanza dell’elemento vegetazionale nell’ambito della tutela delle acque e della fitodepurazione e fa capire quanto sia rischioso in aree urbane il dilavamento superficiale: nelle zone industriali, in quelle cementificate e in aree soggette a fenomeni inquinanti e nello stesso tempo aventi superfici impermeabili, una parte significativa del carico inquinante, accumulato sulle superfici e nel pulviscolo atmosferico, viene portato con sé dalle acque meteoriche che poggiandosi sul terreno e ruscellando viene trascinato e diffuso in tutto l’ambiente circostante.

impianto-fitodepurazione[1]I sistemi di trattamento di acque inquinante mediante aree umide artificiali, nel nostro paese comunemente definiti impianti di “fitodepurazione”, sono sistemi ingegnerizzati che sono stati progettati e costruiti per riprodurre i naturali processi autodepurativi in un ambiente maggiormente controllabile.

In  Italia solo da pochi anni sono stati realizzati sistemi naturali costruiti per la depurazione di acque reflue, dimensionati applicando modelli americani ed europei o, in alcuni casi, improvvisando; questo ha creato da una parte nuove prospettive di approccio al problema della depurazione delle acque, dall’altra ha generato alcune perplessità causate da malfunzionamenti o basse efficienze, rispetto a quelle attese, di questo tipo di impianti. fitodepurazione_03[1]

In questo quadro risulta maggiormente necessario, soprattutto durante le fasi di progettazione, affrontare le scelte impiantistiche attraverso un approccio pluridisciplinare (chimico, biologico, idraulico, architettonico,  paesaggistico, etc.) evitando approssimazioni e standardizzazioni. 

Le principali tipologie dei sistemi di fitodepurazione phytovertical_fitodepurazione[1]

Le soluzioni impiantistiche che possono essere adottate, nell’ambito delle tecniche di depurazione naturale, per il trattamento secondario e/o terziario di acque inquinate sono numerose, e la loro scelta dipende sostanzialmente dai seguenti fattori:

natura dei reflui da trattare in termini chimici e fisici

obbiettivi di depurazione prescelti

disponibilità di suolo

inserimento ambientale

Nei successivi paragrafi vengono quindi descritte in termini generali le tipologie impiantistiche più diffusamente utilizzate in Europa e nel mondo, ovvero i sistemi a flusso sommerso orizzontale (SFS-horizontal) e verticale (SFS-vertical), i sistemi a flusso superficiale (FWS: Free Water System).

flusso-orizzontale[1] Sistemi a flusso sommerso orizzontale (SFS-h o HF)

I sistemi SFS-h o HF (flusso sommerso orizzontale) sono costituiti da vasche contenenti materiale inerte con granulometria prescelta al fine di assicurare una adeguata conducibilità idraulica (i mezzi di riempimento comunemente usati sono sabbia, ghiaia, pietrisco); tali materiali inerti costituiscono il supporto su cui si sviluppano le radici delle piante emergenti (sono comunemente utilizzate le Phragmites australis); il fondo delle vasche deve essere opportunamente impermeabilizzato facendo uso di uno strato di argilla, possibilmente reperibile in loco, in idonee condizioni idrogeologiche, o, come più comunemente accade, di membrane sintetiche (HDPE o LDPE 2 mm di spessore); il flusso di acqua rimane costantemente al di sotto della superficie del vassoio assorbente e scorre in senso orizzontale grazie ad una leggera pendenza del fondo del letto (circa 1%) ottenuta con uno strato di sabbia sottostante il manto impermeabilizzante.

Durante il passaggio dei reflui attraverso la rizosfera delle macrofite, la materia organica viene decomposta dall’azione microbica, l’azoto viene denitrificato, se in presenza di sufficiente contenuto organico, il fosforo e i metalli pesanti vengono fissati per adsorbimento sul materiale di riempimento; i contributi della vegetazione al processo depurativo possono essere ricondotti sia allo sviluppo di una efficiente popolazione microbica aerobica nella rizosfera sia all’azione di pompaggio di ossigeno atmosferico dalla parte emersa all’apparato radicale e quindi alla porzione di suolo circostante, con conseguente migliore ossidazione del refluo e creazione di una alternanza di zone aerobiche, anossiche ed anaerobiche con conseguente sviluppo di diverse famiglie di microrganismi specializzati e scomparsa pressoché totale dei patogeni, particolarmente sensibili ai rapidi cambiamenti nel tenore di ossigeno disciolto. I sistemi a flusso sommerso assicurano una buona protezione termica dei liquami nella stagione invernale, specie nel caso si possano prevedere frequenti periodi di copertura nevosa.

Sistemi a flusso sommerso verticale (SFS-v o VF) 

La configurazione di questi sistemi è del tutto simile a quelli appena descritti. La differenza consiste nel fatto che il refluo da trattare scorre verticalmente nel medium di riempimento (percolazione) e viene immesso nelle vasche con carico alternato discontinuo, mentre nei sistemi SFS-h si ha un flusso a pistone, con alimentazione continua. VF_sktch[1]

Questa metodologia con flusso intermittente (reattori batch) implica l’impiego di un numero minimo di due vasche in parallelo per ogni linea che funzionano a flusso alternato, in modo da poter regolare i tempi di riossigenazione del letto variando frequenza e quantità del carico idraulico in ingresso, mediante l’adozione di dispositivi a sifone autoadescante opportunamente dimensionati.Le essenze impiegate sono le medesime dei sistemi a flusso orizzontale.Il medium di riempimento si differenzia invece dai sistemi a flusso orizzontale in quanto non si utilizza una granulometria costante per tutto il letto, ma si dispongono alcuni strati di ghiaie di dimensioni variabili, partendo da uno strato di sabbia alla superficie per arrivare allo strato di pietrame posto sopra al sistema di drenaggio sul fondo. Questi sistemi, ancora relativamente nuovi nel panorama della fitodepurazione ma già sufficientemente validati, hanno la prerogativa di consentire una notevole diffusione dell’ossigeno anche negli strati più profondi delle vasche, giacché la diffusione di questo elemento è circa 10.000 volte più veloce nell’aria che nell’acqua, e di alternare periodi di condizioni ossidanti a periodi di condizioni riducenti.

I tempi di ritenzione idraulici nei sistemi a flusso verticale sono abbastanza brevi; la sabbia superficiale diminuisce la velocità del flusso, il che favorisce sia la denitrificazione sia l’adsorbimento del fosforo da parte della massa filtrante.I fenomeni di intasamento superficiale, dovuti al continuo apporto di solidi sospesi, sono auspicati per un primo periodo, in quanto favoriscono la diffusione omogenea dei reflui su tutta la superficie del letto, mentre devono essere tenuti sotto controllo nel lungo periodo onde evitare formazioni stagnanti nel sistema.

 flusso-superficiale[1] Sistemi a flusso superficiale (FWS)

I sistemi FWS consistono in vasche o canali dove la superficie dell’acqua è esposta all’atmosfera ed il suolo, costantemente sommerso, costituisce il supporto per le radici delle piante emergenti; anche in questi sistemi il flusso è orizzontale e l’altezza delle vasche generalmente limitata a poche decine di centimetri. In questi sistemi i meccanismi di abbattimento riproducono esattamente tutti i fattori in gioco nel potere autodepurativo delle zone umide. I dati disponibili sull’applicazione di questi impianti in Europa sono abbastanza scarsi e riguardano prevalentemente gli impianti più grandi, mentre ben poco risulta in letteratura sulle applicazioni in piccola scala (come il trattamento dei reflui domestici per case isolate o piccole comunità) che sono invece abbastanza diffuse in alcuni paesi (Francia, Paesi Bassi, …).