1. CON IL CONTRIBUTO DI
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI CATANIA
Dipartimento Di Ingegner ia A graria
gli AROMI – Piant e Aromatiche e Officinal i
CENTRO STUDI DI ECONOMIA
APPLICATA ALL’INGEGNERIA
Seminario di studio sulla progettazione e gestione dei sistemi
di fitodepurazione di acque reflue
Azienda Agrituristica Valle dei Mar gi – Grammi chele (Catania) 21-22 maggio 2009
I sistemi di fitodepurazione
per il trattamento ed il riuso delle acque reflue
Prof. Giuseppe Luigi CIRELLI
(giuse ppe .cirelli@unict.it )
Dipartime nto di Ingegneria Agraria , Univer sità degli Studi di Catania
(www.dia.unict.it)
CON IL PATROCINIO DI
Agenzia Regionale per
i Rifiuti e le acque - Sicilia
Associazione Nazionale di
Architettu ra Bioecologica
Ordine degli Ingegneri
della Provincia di Ca tania
Associazione Idrotecnica Italiana
Sezione Sicilia Orientale
Ordine Nazionale dei Biologi
Agenzia Regionale per la
Protezione dell’Ambiente
Associazione Italiana per la Ingegneria
Naturalistica – Sezione Sicilia
Ordine dei Dottori Agronomi e dei
Dottori Fore stali della Provincia di Catania
Associazione Ingegneri
Ambiente e Te rri torio - Sicilia
Ordine dei Chi mici
della Provincia di Ca tania
2. Conventional sanitation
(Ingegneria sanitaria convenzionale)
•Elevati consumi idrici
•Fognature di tipo misto e scarichi
concentrati
(riduzione
della
capacità depurativa dei corsi
d’acqua)
•Commistione
di
piccole
quantitativi di materiale fecale con
grandi quantità di acqua
•Elevati costi di trattamento e
disinfezione
•Elevati costi di riuso anche in
relazione
all’ubicazione
degli
impianti di depurazione
2
3. Sustainable sanitation
(Ingegneria sanitaria sostenibile)
•Riduzione dei consumi idrici
•Reti di fognatura separate (con
trattamento delle acque di prima
pioggia)
•Riuso acqua e recupero
sostanze fertilizzanti
di
•Separazione alla fonte della
sostanza organica di origine
fecale (acque nere e acque
grigie)
•Soluzioni flessibili e adattabili a
diverse situazioni economiche e
sociali
•Tecnologie a basso costo e a
3
basso impatto ambientale
4. Sustainable sanitation
(Ingegneria sanitaria sostenibile)
TRATTARE E “RIUSARE” LE ACQUE
REFLUE IL PIU’ VICINO POSSIBILE
AL PUNTO DI ORIGINE
Impianti decentralizzati
“Privilegiare i piccoli impianti ai grandi impianti”
4
5. SITUAZIONE IN ITALIA DEI SISTEMI DI DEPURAZIONE
Circa il 5% degli impianti di depurazione censiti pari a 12.468 (su un
totale di 15.162 impianti esistenti) non è in esercizio (ISTAT, 1999).
Mancano informazioni sul restante 17 % degli impianti non censiti.
censiti.
Circa l’70% degli impianti censiti è a servizio di comunità con <2,000
l’
comunità
AE (ISTAT, 1999)
5
6. Ripartizione degli impianti di depurazione
esistenti in Italia in funzione del numero di AE
2% (50 000÷100 000 AE)
(10 000÷50 000 AE)
7.3%
7,3%
1.7% (>100 000 AE)
1,7%
20%
(2 000 ÷10 000 AE)
69% (<2 000 AE)
Ripartizione in funzione della potenzialità degli impianti di depurazione esistenti in
Italia (dati Federgasacqua, 2003).
6
7. L’importanza del trattamento delle acque reflue delle piccole
Comunità – ripartizione dei Comuni in Italia e della popolazione
residente (ISTAT, 2001)
%
80
72,1
70
Comuni
60
Popolazione residente
50
29,8
40
30
18,8
28,5
22,9
22,2
20
5,2
10
0
fino a 5.000
da 5.001 a 20.000
0,5
da 20.001 a 100.000
oltre 100.000
classi di popolazione
7
8. Particolare interesse applicativo hanno alcune
tecnologie di trattamento naturali delle acque reflue
fitodepurazione
serbatoi di accumulo
lagunaggio
8
9. SISTEMI NATURALI
Notevole interesse all’individuazione ed alla
all’
applicazione di tecniche di trattamento delle
acque reflue affidabili e di semplice ed
economica gestione e manutenzione, anche in
relazione alle normative vigenti e all’entità dei
all’entità
reflui da trattare.
Le tecniche naturali
vengono denominate anche
estensive in quanto i processi di depurazione di tipo
chimico-fisicochimico-fisico-biologico richiedono:
richiedono:
- lunghi tempi (fino ad alcune decine di giorni)
(fino
giorni)
- estese superfici (fino a 10 m2/AE)
9
10. Superficie occupate e consumi di energia di alcuni sistemi di depurazione
Superfici occor renti e consumi di ener gia di alcuni sistemi di depurazione
TRATTAMENTI PRELIMINARI
Fossa settic a a monte di un trattamento secondario
Fossa settic a come trattamento a sé sta nte
Fossa Imhoff a monte di un trattamento secondario
Fossa Imhoff come tr attamento a sé sta nte
D EPURAZIONE CON SIS TEMI NATURALI
Subirrigazione in terreni dr enanti
Subdispersione a goccia
Subdispersione drenata
Filtrazione le nta intermittente senza ricircolo
Filtrazione le nta intermittente con ricircolo
Fitode purazione ver ticale (secondario)
Fitode purazione ver ticale (terz iario)
Fitode purazione subsuperficiale orizzontale (secondario)
Fitode purazione subsuperficiale orizzontale (terziario)
Fitode purazione supe rficiale (se condar io)
Fitode purazione superficiale (terziario)
Evapotraspirazione
Stagno facoltativo (secondario)
Stagno facoltativo (terziario)
Stagno aerobico (affinamento)
Stagno anaer obico
Stagno aerato aerobic o-anaerobico
Stagno aerato aerobic o
D EPURAZIONE CON SIS TEMI IMPIANTISTICI
Filtro perc olatore classico a basso c arico
Dischi biologici
Filtro biologico aerato (BAF)
Percolatore sommer so aerato (SAF)
MBB R
Fanghi attivi ad aeraz. prol. (a flusso continuo e SB R)
Fanghi attivi MBR
Trattamento chimico
Filtrazione rapida
Superficie
2
(m /AE)
0,005÷0,01
0,1÷0,3
0,8÷1,2
0,08÷0,1
0,2÷0,6
Consumi e nergetici
[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÷1,10
5,5÷11,0
1
0÷1,10
2
0÷1,10
3÷7
2
0÷1,102
0÷1,10
0
0
0
0
0
3
0÷1,10
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÷ 1,8
0,35÷0,7
55÷80
55÷80
35÷70
55÷80
70÷120
1÷1,8
1,3÷2
1
2
10
11. I sistemi naturali sono diffusamente utilizzati in varie
parti del Mondo per la depurazione di acque reflue
di tipo:
• civile
• industriale (agro-industrie)
(agro• agricolo (liquami zootecnici)
Numerose applicazioni sono state realizzate in
Europa nel settore civile per:
• trattamento secondario di piccole comunità
comunità
• trattamento terziario di medie e grandi comunità
comunità
• affinamento batteriologico ai fini del riuso agricolo
11
12. SITUAZIONE IN ITALIA
Il D.Lgs. 152/99 -allegato 5 (aggiornato con D.Lgs 152/2006)
D.Lgs.
prescrive :
“Per tutti gli insediamenti con popolazione equivalente tra 50 e 2000
AE si ritiene auspicabile il ricorso a tecnologie di depurazione
fitodepurazione……”
naturale quali il lagunaggio o la fitodepurazione……”
inoltre
“….Tali
“….Tali trattamenti si prestano, per gli insediamenti di maggiori
dimensione con popolazione equivalente compresa tra i 2000 e i
25000 AE, anche a soluzioni integrate con impianti a fanghi attivi o a
attivi
biomassa adesa, a valle del trattamento, con funzione di
affinamento.”
affinamento.”
12
13. Lim iti di em issione in funzione de gli abitanti equivale nti (AE) per gli im pia nti di acque reflue ur bane
che recapita no in c orpi idric i s uperficiali (All. 5 - D.Lgs . n. 152/99, modificato con il D.Lgs. 152/2006)
Popolazione
Aree non sensibili
< 2.000 AE
Trattamento appropriato
Valore
2.000-10.000 AE
10.000-100.000
AE
Aree sensibili
Trattamento secondario o equivalente
Efficienza %
Valore
BOD5 < 25 mg/L
70-90
BOD5 < 25 mg/L
70-90
COD < 125 mg/L
75
COD < 125 mg/L
75
SST < 35 mg/L
90
SST < 35 mg/L
90
Trattamento secondario o equivalente
Trattamento avanzato
Valore
Efficienza %
Valore
Efficienza %
BOD5 < 25 mg/L
80
COD < 125 mg/L
> 100000 AE
Efficienza %
75
BOD5 < 25 mg/L
COD < 125 mg/L
80
75
SST < 35 mg/L
90
Ntot < 15 mg/L
70-80
SST < 35 mg/L
90
Ptot < 2 mg/L
80
Trattamento secondario o equivalente
Trattamento avanzato
Valore
Efficienza %
Valore
Efficienza %
BOD5 < 25 mg/L
80
BOD5 < 25 mg/L
80
COD < 125 mg/L
75
SST < 35 mg/L
90
COD < 125 mg/L
75
Ntot < 10 mg/L
70-80
SST < 35 mg/L
90
Ptot < 1 mg/L
80
13
14. D.M. 185/2003 “Normativa sul riutilizzo delle acque reflue”
Requisiti di qualità delle acque reflue recuperate destinate ai vari usi
ALCUNI PARAMETRI CHIMICO-FISICI
Parametro
Unità di misura
Valore limite tab.
A
PH
6-9,5
SAR
Materiali grossolani
Commento
10
Assenti
Solidi sospesi totali
valore guida
mg/l
10
BOD5
mg O2/l
20
COD
mg O2/l
100
Fosforo totale
Azoto totale
mg P/l
mg N/l
2
15
riuso irriguo: 10
riuso irriguo: 35
mg NH4/l
2
valore guida
dS/m
3
valore guida; valore limite: 4
Azoto ammoniacale
Conducibilità elettrica
PARAMETRI MICROBIOLOGICI
Parametro
Unità di misura
Valore limite tab. A
Valore limite lagunaggio
e fitodepurazione
Escherichia coli
UFC/100 ml
10 (80% dei campioni)
100 (valore puntuale max)
50 (80% dei campioni)
200 (valore puntuale max)
Salmonella
Assente (100% dei campioni)
14
15. 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
15
16. Classificazione dei sistemi di fitodepurazione in funzione
del regime idraulico
Flusso superficiale
Siste ma a flusso superficiale
(FWS)
Flusso subsuperficiale
Siste ma a flusso sommerso orizzonta le
(SFS-h)
Siste ma a flusso sommerso verticale
(SFS-v)
16
17. Classificazione dei sistemi di fitodepurazione
(modificata da Brix, 1993)
SISTEMI DI
FITODEPURAZI ONE
SISTEM I A MACROFI TE
RADI CATE
SI STEMI A M ACROFI TE
EMERGENTI
SISTEMI A FL USSO
SUBS UPERFICIALE
(SSF)
SISTEM I A FL USSO
SUBS UPERFICIAL E ORIZZONTALE
(H-S SF)
SISTEMI A M ACROFITE
GAL LEGGIANTI
SISTEMI A MACROFI TE
SOMMERSE
SISTE MI A FLUSSO
S UPERFICI AL E
(FW S)
SISTEMI A FL USSO
SUBSUPERFI CIALE VERTI CALE
(V-SS F)
17
19. Macrofite radicate
Cannuccia di palude
Mazza di tamburo
Papiro
(Phragmites australis)
(Typha latifolia )
(Cyperus papyrus)
19
20. Principali macrofite radicate emergenti
NOME SCIENTIFICO
NOME VOLGARE
Phragmites australi
Cannuccia di palude
Typha latifolia
Mazza di tamburo
Typha angustifolia
Stiancia
Juncus sp.
Giunco
Schoenoplectus lacustris
Giunco da corde
Cyperus sp.
Cipero
Scirpus lacustris
Giunco di palude
Carex hirta
Carice eretta
Carex acutiformis
Carice acuto
Epilobium hirsutum
Epilobio maggiore
Iris pseudacorus
Gladiolo delle paludi
Epatorium cannabium
Canapa d’ acqua
Lythrum salicaria
Salcerella
Phalaris arundinacea
Canaria
Glyceria maxima
Gramigna di palude
• 34 tab
20
21. Principali specie di macrofite radicate sommerse
NOME SCIENTIFICO
NOME VOLGARE
Potamogeton lucens
Lingua d’oca
Myriophyllum spicatum
Millefoglio d’ acqua comune
Myriophyllum heterophillum
Millefoglio
Elodea canadensis
P este d’ acqua comune
Egeria densa
P este d’ acqua maggiore
Principali specie di macrofite galleggianti
NOME SCIENTIFICO
NOME VOLGARE
Eichornia crassipes
Giacinto d’ acqua
Lemna trisulca
Lenticchia d’ acqua spatolata
Lemna gibba
Lenticchia d’ acqua gigante
Lemna minor
Lenticchia d’ acqua
Nymphaea alba
Ninfea comune
Hottonia palustris
Violetta d’ acqua
Hydrocharis morsus-ranae
Morso di rana
Hydrocotyle umbellata
Soldanella d’ acqua
Hydrocotyle rannuncoloides
Soldanella reniforme
Pistia stratiotes
Lattuga d’ acqua
Trapa sp.
Castagna d’ acqua
21
22. Scarico degli insediamenti civili o produttivi
• Le acque provenienti da insediamenti civili o produttivi
aventi una potenzialità inferiore a 50 A.E. possono
essere smaltite sul terreno previo trattamento di
sedimentazione primaria (mediante fossa Imhoff) e
successiva dispersione a mezzo pozzo disperdente o
condotta di subirrigazione.
• Gli insediamenti con potenzialità > 50 A.E. devono
essere dotati di un idoneo sistema di trattamento e
smaltimento delle acque reflue conforme ai limiti sullo
scarico previsti dalla normativa. In tal caso il corpo
ricettore deve essere un corpo idrico, lo scarico sul
suolo è consentito qualora non esistano le condizioni
per potere raggiungere un idoneo corpo ricettore
idrico
22
23. Fase di trattamento prima dell’ingresso nel
sistema di fitodepurazione
A monte di un impianto di fitodepurazione occorre
almeno una fase di trattamento preliminare (grigliatura+
disoeleatura) e primario
(sedimentazione primaria)
23
24. FITODEPURAZIONE
Sistemi a flusso superficiale (FWS)
• Bacini di forma
bassa profondità
h
allungata e
• Utilizzati prevalentemente come
trattamento terziario
• a macrofite radicate emergenti (Phragmites,
Typha, Juncus, Scirpu s, Carex, etc.)
• a macrofite galleggianti (Lemna, Giacinto
d’acqua, etc..)
• a
macrofite
radicate
sommerse
(Potamogeton, Myriophyllu m heterophillum,
Elodea)
• a microfite o microalghe
Diatomee, Cianoficee)
• 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
(Cloroficee,
24
27. I SISTEMI A FLUSSO SUPERFICIALE SONO DIFFERENTI
DAI SISTEMI DI LAGUNAGGIO
VEN TO
LUCE
SOLARE
(l' azio ne de l ven to favo risce
la mi scela zion e e l'a erazi one )
(se n on è pre sente ossi ge no ne gli
strati sup erio ri po ssono e ssere
rila scia ti g as odo riferi)
O2
(du ran te l e ore di urne )
O2
CO2 H 2 S
O 2 disciolto
soli di di scio lti e coll oid ali
so li di sed imen ta bil i
n uove
ae razio ne a lgh e
sup erficia le
AL GH E
profo ndità
Su perfici e liq uid a
IMMISSION E LIQU AME
no
CO2
O2
BATTERI
AEROBI
nu ovi
ba tteri
tt e
gi
no
or
EFFLU ENTE
ZON A AEROBIC A
H 2SO 4
H 2S+ 2O 2
ZONA FACOLTATIVA
SEDIMENTI
cell ule mo rte
Rifiuti org ani ci
aci di o rgan ici
al col i, a lde id i
CH 4
CO 2
NH3
H 2S
ZONA ANAEROBICA
SCHEMA DI UNO STAGNO FACOLTATIVO (modificata da Metcalf and Eddy, 1991)
27
31. Wakodahatcee Wetlands - Palm Beach County, Florida
Nel 1996 circa 20 ettari di
vasche di infiltrazione sono
state convertite in sistemi FWS
Dopo 3 anni si contavano già 174 specie di uccelli di cui 13
31
strettamente dipendenti dalla wetland.
(fonte Hans Brix)
42. Sistemi a flusso sub-superficiale orizzontale (H-SSF)
sub(H-
• Semplicità ed economia gestionale
• Presenta modeste perdite di carico
• Assenza di acqua libera (sviluppo
di insetti modesto)
• 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 or izzontalmente in
continuo attraverso il terreno in cui sono
radicate le macrofite (prevalentemente
Phragm ites s p.)
• funzionamento in condizioni di terreno saturo,
ma con il livello idrico non affiorante
• trattamento secondario a servizio di piccole o
piccolissime comunità
• Superficie occupata ≈ 4-5 m 2/AE
(trattamenti secondari) e 1-2 m 2/AE
(trattamenti terziari)
• Molto efficace nella rimozione di
sostanza organica e SST, meno
per la rimozione dei nutrienti
• Interessanti
pre stazioni
nella
riduzione della carica batterica
• Molto
utilizzato
in
Europa,
numerose applicazioni anche in
Italia
42
46. Sistema a flusso subsuperficiale orizzontale - HSSF
46
(fonte IRIDRA)
47. Sistema a flusso subsuperficiale orizzontale - HSSF
(fonte IRIDRA) 47
48. FITODEPURAZIONE
Sistemi a flusso sub-superficiale verticale (V-SSF)
sub(V• Sviluppati come alternativa al flusso
orizzontale, allo scopo di migliorare
l’aerazione del terreno, favorendo i
processi aer obici
• Presentano rendimenti miglior i rispetto
al flusso orizzontale (riduzione fino al
50% delle superfici a par ità di
rendimento)
• 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 granulometr ia
variabile
• il liquame viene fatto fluire verticalmente
attraverso il terreno in cui sono radicate le
macrofite (prevalentemente Phra gmites)
• funzionamento con cicli di riempimentosvuotamento in modo da migliorare al
massimo l’aerazione del terreno
• usati efficacemente come trattamento
secondar io o terziario
• Sono
in
grado
di
nitrificare
efficacemente, e spesso utilizzato a
questo scopo in accoppiamento ai
sistemi orizzontali
• Perdite di carico maggiori dei sistemi
orizzontali
• Distr ibuzione omogenea del liquame su
tutta la superficie costituisce
problema idraulico non banale
un
• Necessaria una regolazione idraulica
dell’uscita
• Le applicazioni sono ancora poche a
causa delle difficoltà sopra evidenziate
48
51. Sistema a flusso subsuperficiale verticale - VSSF
Impianto a flusso sub-superficiale verticale di Medmenham. Messa a dimora
subMedmenham.
delle macrofite (Cooper et al., 1996)
51
52. Sistema a flusso subsuperficiale verticale - VSSF
Impianto a flusso sub-superficiale verticale WRc di Medmenham a regime (luglio 1994)
sub(Cooper et al., 1996)
52
54. SOLUZIONI IMPIANTISTICHE
Le combinazioni impiantistiche maggiormente utilizzate sono (Pucci et al.,
2004):
• 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.
In alcuni casi viene previsto un ricircolo dell’effluente in testa all’impianto
per migliorare le percentuali di rimozione dei nitrati tramite i processi di
denitrificazione che si verificano nel H-SSF;
• 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.
54
55. RUOLO DELLA VEGETAZIONE
Mantenimento nel breve e lungo periodo della porosità
del substrato (sistemi a flusso subsuperficiale)
Riduzione del volume del refluo per effetto della
evapotraspirazione (effetto indesiderato nel caso del
riuso)
Assorbimento ed asportazione di N,P,K e di elementi
tossici (metalli pesanti)
Filtrazione attraverso l’apparato radicale che offre
inoltre un supporto ai microrganismi (prevalentemente
aerobici)
Trasferimento dell’ ossigeno al substrato sommerso
55
56. Fenomeni di rimozione nei sistemi di fitodepurazione
Costituente
Meccanismi di Rimozione (in ordine di rilevanza)
Solidi Sospesi
• Sedimentazione / Filtrazione
• Degradazione
BOD
• Degradazione microbica (aerobica ed anaerobica)
• Sedimentazione (accumulo di materiale organico/fango sulla superficie del sedimento)
Azoto
• Trasformazione in ammoniaca, seguita da nitrificazione e denitrificazione microbica
•
Assunzione diretta da parte delle piante o delle alghe
•
Volatilizzazione dell’ammoniaca
Fosforo e
microinquinanti
persistenti
• Adsorbimento da parte del suolo (reazioni di adsorbimento-precipitazione con Al, Fe, Ca e minerali
argillosi presenti nel suolo)
• Assunzione diretta da parte delle piante o delle alghe
Patogeni
•
•
•
•
Sedimentazione / Filtrazione
Decadimento spontaneo, predazione
Radiazione UV
Escrezione di antibiotici dalle radici delle macrofite (???)
56
57. Processo
Processi di
rimozione dei
principali
inquinanti in un
impianto di
fitodepurazione
Inquinanti coinvolti
Spiegazione
Processi fisici
P – solidi sospesi
Sedimentazione per gravità dei solidi e
S – solidi colloidali
inquinanti associati
A – BOD, azoto,
Sedimentazione
fosforo, metalli
pesanti, sostanza
organica refrattaria,
batteri e virus
S – solidi sedimentabili, Le particelle vengono filtrate e trattenute
Filtrazione
solidi colloidali
durante il passaggio attraverso il substrato,
le radici, ecc.
Adsorbimento
S – solidi colloidali
Per azioni di forze di Van der Waals
P – sostanze organiche
Le sostanze organiche con alta pressione di
volatili, sostanze
vapore passano all’atmosfera dove possono
Volatilizzazione
aromatiche, composti venire eventualmente ossidate
alogenati leggeri
Processi chimici
P – fosforo, metalli
Formazione di, o coprecipitazione di,
Precipitazione
pesanti
composti insolubili
P – fosforo, metalli
Adsorbimento sul substrato e superfici
pesanti
organiche
Adsorbimento
S – sostanza organica
refrattaria
P – sostanza organica
Decomposizione di composti meno stabili
Decomposizione
refrattaria
per radiazione UV, ossidazione e riduzione
Processi biologici
P – solidi colloidali,
Rimozione dei solidi colloidali e della
BOD, azoto,
sostanza organica disciolta dai batteri
Metabolismo
sostanza organica
associati alla vegetazione
microbico
refrattaria, metalli
Nitrificazione/denitrificazione batterica
pesanti
Ossidazione microbica di metalli
S – sostanza organica
Assorbimento e metabolizzazione della
Metabolismo
refrattaria, batteri e
sostanza organica della vegetazione
vegetale
virus
Essudati radicali potenzialmente tossici per
organismi enterici
S – azoto, fosforo,
Le piante ne assorbono discrete quantità in
Adsorbimento
metalli pesanti,
presenza di adeguate condizioni
vegetale
sostanza organica
refrattaria
P – batteri e virus
Morte naturale degli organismi in un
Morte naturale
ambiente sfavorevole
P = effetto principale; S = effetto secondario; A = effetto accidentale (cioè si verifica
accidentalmente durante la rimozione di altri inquinanti)
57
58. EFFETTI DELLE MACROFITE NEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE
Riduzione della velocità del flusso idrico
Riduzione della velocità del vento sulla superf icie dell’acqua (FWS)
Attenuazione della luce
EFFETTI FISICI
Filtrazione
Prev enzione 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’ev apotraspirazione
Formazione e rilascio di carbonio organico
Rilascio di sostanze antibiotiche dalle radici
Conf erimento di un aspetto esteticamente apprezzabile al sistema
ALTRI EFFETTI
Formazione di habitat f avorevoli all’insediamento della fauna
Formazione di biomasse
58
59. Importanza relativa del ruolo svolto dalle piante nei sistemi di
fitodepurazione (Brix, 1994)
Funzioni della
vegetazione
Stabilizzazione della
superficie del
sedimento
Prevensione
intasamento del
medium
Riduzione della
velocità della
corrente
Attenuazione della
luce
Isolamento termico
Supporto per biofilm
batterico
Assorbimento
nutrienti
Trasferimento e
rilascio di ossigeno
Habitat per fauna
Estetica
Flusso
Superficiale
Flusso
Sub-Superficiale
Flusso
Sub-Superficiale
Verticale
Sistemi
Combinati
+ ++ + +
++ + ++
+ ++
+ ++
-
-
++ ++ +
+ + ++ +
++ +
-
-
-
+ ++ + +
++
+
+ ++
++ +
++ +
+ ++
+ ++
+ ++ + +
++ +
+
+
+ ++ + +
+
-
+
+
++
+
+
+ ++ + +
+ ++ + +
++ +
++ + ++
+
+ ++
+
+ + + + + 59
60. RENDIMENTO DEPURATIVO SISTEMI DI FITODEPURAZIONE SUPERFICIALI FWS
(DIA- UNICT, 2007)
Numero
impianti
(*)
BOD5
COD
NTOT
N-NH4
PTOT
SST
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
Australia
7-8
34
n.r.
60
53
-17
-11
Cina
1-5
72
62
57
41
59
84
Greenway e Woolley,
2001
Xianfa e Chuncai, 1995
Song et al., 2006
Belgio
12
n.r.
61
31
n.r.
26
75
Rousseau et al., 2004
Egitto
1
78
68
n.r.
n.r.
32
57
Estonia
1
81
n.r.
66
n.r.
69
n.r.
El Khateeb e El Gohary,
2002
Mander e Mauring,
1997
Finlandia
2
n.r.
n.r.
22
35
30
28
Koskiaho et al., 2003
Grecia
1
94
96
n.r.
n.r.
53
95
Dialynas et al., 2002
Indonesia
1
n.r.
88
43
n.r.
86
n.r.
Meutia, 2001
Italia
1
50
9
n.r.
n.r.
n.r.
n.r.
Romagnolli, 2000
Nord
America
69
74
n.r.
53
54
57
70
Thailandia
1
58
n.r.
n.r.
40
26
57
Kadlec e Knight,
1996
USEPA, 2000
Klomjek e Nitisoravut,
2005
Turchia
3
50
40
53
n.r.
34
n.r.
Tunçsiper et al. 2004
1-48
n.r.
48
14
32
39
49
Carleton et al., 2001
Reddy et al., 2001
69
59
44
51
44
60
Nazione
USA
MEDIA
Fonte
60
62. Numero
impianti
(*)
BOD5
COD
NTOT N-NH4
P TOT
SST
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
1-3
96
70
36
91
63
92
Haberl et al., 1998
Haberl e Langergraber
2003
Austria e
UK
4
96
87
38
66
58
90
Haberl et al., 1995
Belgio
6
n.r.
94
52
n.r.
70
98
Rousseau et al., 2004
Cina
1
82
n.r.
39
n.r.
46
n.r.
Perfler et al., 1999
Colombia
1
72
63
n.r.
n.r.
n.r.
59
Gi raldo e Zàrate, 2001
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.
Mander e Mauring,
1997
Molle et al. 2004
Chazarenc e Merli n
2004
Paing e Voisi n 2004
Li énard e Boutin,
2003
Luederit z et al., 2001
Gschlößl et al., 2004
Kern e Idler 1999
Grecia
1
97
94
n.r.
94
n.r.
99
Montgomery, 1997
Indonesia
1
n.r.
95
82
n.r.
95
n.r.
Meutia, 2001
Israele
1
97
96
98
n.r.
99
n.r.
Korkusuz, 2005
Italia
3-7
88
82
34
90
76
80
Piraccini, 1997
Iannelli, 2001
Pucci et al., 2005
Nepal
1
97
93
n.r.
96
n.r.
97
Shrestha et al., 2001
1-5
n.r.
85
68
52
74
n.r.
Billeter et al., 1998
2
n.r.
96
n.r.
98
n.r.
100
1-11
74
53
45
53
38
59
1-2
97
81
59
90
n.r.
84
Kantawanichkul
et al., 1999
Tunçsi per et al. 2004
Korkusuz et al., 2005
Sun et al., 1999
Weedon, 2001
91
83
67
79
53
91
Nazione
Austria
RENDIMENTO
DEPURATIVO
SISTEMI DI
FITODEPURAZIONE
SUBSUPERFICIALI
VERTICALI V-SSF
(DIA-UNICT, 2007)
Svizzera
Thailandia
Turchia
UK
MEDIA
Fonte
62
63. RENDIMENTO DEPURATIVO: RIMOZIONE MICROORGANISMI
Per quanto riguarda i microrganismi indicatori, quali
coliformi fecali ed Escherichia coli, diversi autori
(Gersberg et al., 1989; Bavor et al., 1989; Kadlec e
Knigth, 1996; Haberl et al., 1998; Kantawanichkul et al.,
1999) riportano efficienze di rimozione dell’ordine di 1-2
unità logaritmiche (pari al 90-99%), con valori massimi
fino a 3 unità logaritmiche (99,9%) ottenute in sistemi
realizzati in regioni con clima mediterraneo (Barbagallo et
al., 2002).
In Sicilia, inoltre, sono stati raggiunti ottimi risultati (fino al
100%) nella rimozione di Salmonella e uova di elminti
(Barbagallo et al., 2003).
63
64. RENDIMENTO DEPURATIVO: RIMOZIONE METALLI
I sistemi FWS presentano percentuali di rimozione dei
metalli piuttosto contenute e strettamente dipendenti dalle
specie vegetali presenti. Ottime capacità di bioaccumulo di
metalli da parte della lenticchia d’acqua, in particolare per
il cadmio, il rame ed il nichel, e del giacinto d’acqua in
grado di rimuovere percentuali variabili dal 18% di
arsenico al 68% di rame (Zayed et al., 1998, Romagnolli,
2000).
I sistemi a flusso subsuperficiale hanno dimostrato una
buona capacità di sequestro dei metalli: sono state
riscontrate efficienze di rimozione di rame, zinco e cadmio
rispettivamente pari al 99, 97 e 99%, con tempi di
ritenzione idraulica di 5,5 giorni (Gersberg et al., 1985).
64
65. Impianto di fitodepurazione H-SSF a doppio stadio.
Valore medio ed efficienze di rimozione dei parametri chimico – fisici (da Vymazal 2004)
(Conce ntrazione in m g/L, efficie nza in %)
Parametro
Al
Cr
Cu
Fe
Mn
Ni
Pb
Zn
Punti di campionamento
Anno
Efficienza
2002
1
3772
2
551
3
169
4
< 40
> 98,9
2003
1456
638
< 40
< 40
> 97,3
2002
7
0,52
< 0,5
< 0,5
> 92,9
2003
9,3
16,9
0,66
0,88
90,5
2002
8
4,4
< 2,0
< 2,0
> 75,0
2003
74,7
13,3
2,05
< 2,0
> 97,3
2002
1754
301
151
348
80,2
2003
779
431
133
117
85
2002
111
109
129
404
-263
2003
145
83
60
147
-1,4
2002
10,4
1,67
2,78
4,61
55,7
2003
29,9
9,4
3
3,2
89,3
2002
7,4
5,8
< 2,0
< 2,0
> 73,1
2003
12,8
10,6
2,9
2,2
82,8
2002
109
73,2
10,5
6,4
94,1
2003
219
120
18,7
12,6
98,8
65
76. INTERESSE APPLICATIVO DELLA FITODEPURAZIONE
Relativa facilità di realizzazione anche da imprese locali
facilità
Assenza (quasi sempre) di apparecchiature elettroelettromeccaniche
Produzione di fanghi modesta
Semplicità
Semplicità ed economicità di gestione e manutenzione
economicità
Affidabilità
Affidabilità nel rendimento ed elevata efficienza nella
rimozione di alcuni inquinanti
Ottima capacità “buffer” per assorbire punte di carico
capacità buffer”
idraulico ed organico
Ottimo inserimento ambientale
Possibilità
Possibilità di recupero di aree marginali
76
77. SITUAZIONE IN ITALIA DEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE
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)
comunità
77
78. SITUAZIONE IN ITALIA DEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE
HF
61%
Oth.
6%
RCW
1%
BUFFER ZONES
1%
VF
7%
HF + FWS
7%
HF+VF
4%
HF + VF + FWS
3%
Diffusione
delle
diverse
tipologie
di
fitodepurazione (modificato da Masi, 2002)
FWS
10%
impianti
di
78
79. SITUAZIONE IN ITALIA DEI SISTEMI DI FITODEPURAZIONE
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)
79
80. Sistema di fitodepurazione per il riuso delle acque reflue – S. Michele di Ganzaria (CT)
Fase di costruzione letto F2 – 09/2006
2 mesi dopo la messa a dimora di
Phragmites sp.– 03/2001
9 mesi dopo la messa a dimora di
Phragmites sp.– 09/2001
80
81. Sistema di fitodepurazione di Corleone (PA) per l’irrigazione di una pista ciclabile
Linea "P"
Impianto
di
depurazione
A
W
m3 /giorno
m2
m
Letto F1
104
196
7.00
Letto F2
104
276
Linea "1"
Impianto di sollevamento S2
con vasca di accumulo
Pozzetto P4
Pozzetto di regolazione "P3"
8.00
Letto di fitodepurazione "F2"
Linea "0"
Q
Linea By-Pass
Condotta di sfioro
Impianto di sollevamento S1
Pozzetto P1
Linea "2"
Pozzetto di inizio condotta "P5"
Pozzetto di regolazione "P3"
Letto di fitodepurazione "F1"
Pozzetto di ispezione "P2"
81
83. Applicazioni della fitodepurazione nell’ambito dei
“Contratti di quartiere II” (D.A. 7 agosto 2003)
Nell’ambito del “programma di sperimentazione” il DIA-UNICT
ha collaborato con i comuni di Paternò (CT) e Riposto (CT) per la
progettazione preliminare di 2 sistemi di fitodepurazione per il
trattamento e il recupero delle “acque grigie” provenienti da
alcuni insediamenti abitativi (120-200 AE). Con i suddetti comuni
sono stati stipulati dei protocolli per “attività di
sperimentazione” sui sistemi di fitodepurazione previsti in
progetto.
Le “acque grigie” verranno utilizzate per l’irrigazione delle aree
a verde; inoltre si prevede di realizzare una rete duale per
l’alimentazione dei scarichi dei wc con le acque piovane.
83
84. La fitodepurazione per i piccoli insediamenti e le case sparse
dispersore con tubazione
in PVC forato
dispersore con tubo in
PVC forato
0,80
0,60
pietrame
30-50 mm
pietrisco
8-10 mm
fossa Imhoff
sezione longitudinale
sezione trasversale
Si rende necessaria preliminarmente una fase di sedimentazione tramite
fossa tipo IMHOFF, potrebbe essere necessaria anche l’installazione di un
degrassatore per la rimozione degli oli e grassi.
84
85. F 2Sistema H-SSF in corso sub realizzazionele(incorsodi realizzazione) a
igura –Im ntodi fitod urazioneaflu disu
pia
ep
sso
perficialeorizzonta a servizio di
serv un’abitazione ta
iziod u
i n’abitazioneisolaisolata: particolare della substrato lavico
(pietrisco di cava n.1)
85
86. Figura 4 – Particolare della tubazione di drenaggio del liquame in un impianto di fitodepurazione a
Sistema H-SSF in corso di realizzazione a servizio di
flusso subsuperficiale orizzontale
un’abitazione isolata: particolare della tubazione di drenaggio
86
87. Figura 5 – Particolare del pozzetto per la regolazione del livello idrico in un im
pianto di fitodepurazione a
Sistema H-SSF in corso di realizzazione a servizio di
flusso subsuperficiale orizzontale
un’abitazione isolata: particolare del sistema di regolazione del
livello idrico posto all’uscita
87
89. Agriturismo Valle dei Margi - Schema sistema di trattamento e
smaltimento (stato di fatto)
trattamento preliminare
e primario
(fossa settica, fossa Imhoff
sistema individuale aerazione
prolungata)
dispersione
nel terreno
assorbimento in falda
Dispersione nel terreno quale sistema di trattamento e nel contempo di smaltimento finale.
fossa settica
trincea di subdispersione
Sistema di subirrigazione nel terreno con trincee drenanti
89
per insediamenti isolati.
90. Agriturismo Valle dei Margi - Schema sistema di trattamento e
smaltimento (stato di progetto)
Schema innovativo
Sistema di smaltimento particolarmente
idoneo per insediamenti isolati > 50 AE 90
91. Impianto di fitodepurazione Azienda Agrituristica Valle dei Margi – Grammichele
Album foto
di cirelli
Progetto realizzato dal Pr of. Marco Navarra e da l prof. Giuse ppe Luigi Cire lli
92. Progetto realizzato dal Pr of. Marco Navarra e da l prof. Giuse ppe Luigi Cire lli
Impianto di fitodepurazione Azienda Agrituristica Valle dei Margi – Grammichele
92
93. Impianto di fitodepurazione Azienda Agrituristica Valle dei Margi – Grammichele (150 AE)
Realizzazione rilevato sponde
Progetto realizzato dal Pr of. Marco Navarra e da l prof. Giuse ppe Luigi Cire lli
93
94. GRAZIE PER
L’ATTENZIONE !
L’attività di ricerca sui sistemi di fitodepurazione è stata
attività
principalmente svolta nell’ambito dei progetti di ricerca AQUATEC
nell’
(www.ponaquatec.com) e INWATERMAN (www.inwaterman.eu)
www.ponaquatec.com)
Prof. Salvatore BARBAGALLO – coordinatore
Prof. Giuseppe Luigi CIRELLI
Ing. Attilio TOSCANO
Ing. Simona CONSOLI
Dott. Antonio BARBERA
Dott.ssa Vanessa DI GRANDE
Dott. Mirco MILANI
Dott.ssa Alessia MARZO
94
