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Fitodepurazione - Constructed Wetlands - Sustainable Water Management - SuDS

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Fitodepurazione

La fitodepurazione é una tecnica di depurazione delle acque reflue che mima la capacità autodepurativa delle zone umide naturali, sfruttando complessi processi depurativi di tipo biochimico, fisico e fisiologico.

L'esperienza IRIDRA consente di proporre le soluzioni migliori, comprendenti sia la fitodepurazione classica che la fitodepurazione intensificata di nuova generazione (che a noi piace indicare come fitodepurazione 2.0).

Approfondimento

Di sistemi di fitodepurazione ormai si sente molto parlare da diversi anni in Italia ma su di essi regna ancora una certa confusione. Spesso si tende a chiamare fitodepurazione qualsiasi cosa, con una qualche valenza depurativa, in cui ci sia una qualsiasi pianta, spesso neanche acquatica; in realtà il termine fitodepurazione, così come usato in Italia, dovrebbe fare riferimento a precise tecniche di depurazione naturale sviluppate da diverse decine di anni nel panorama internazionale che prendono il nome di “Constructed Wetland”, cioè letteralmente “Zone Umide Costruite”.

Le origini...

I primi brevetti di sistemi che utilizzano medium filtranti e piante negli Stati Uniti risalgono addirittura all’inizio del secolo scorso; la diffusione della fitodepurazione in Europa inizia nel 1952-1953 grazie al lavoro di Käthe Seidel al Max Planck Institute, che portò alla realizzazione di una serie di sistemi combinati VF+HF noti come MPIP (Max Planck Institute Process) che altro non sono che i precursori degli attuali sistemi ibridi.

Zone umide, stagni, paludi...

Per zone umide si intendono le paludi e gli acquitrini, le torbe oppure i bacini, naturali o artificiali, permanenti o temporanei, con acqua stagnante o corrente, dolce, salmastra, o salata. Tali siti hanno una grande importanza ambientale in quanto costituiscono habitat altamente biodiversificati in cui trovano rifugio molte specie animali, forniscono una importante protezione contro il rischio idraulico e limitano l’apporto di nutrienti verso il reticolo idrografico svolgendo anche una funzione tampone verso molti inquinanti derivanti dalle attività umane.

Con il termine stagno si indica in genere un corpo idrico, naturale o artificiale, ferma costituito da uno specchio di acqua libera e in cui le piante acquatiche si diffondono al più nelle zone spondali. Nelle zone umide invece la diffusione delle piante acquatiche è maggiormente facilitata da condizioni prevalenti di acqua bassa. In inglese stagno viene definito come “pond”, mentre zona umida (a volte anche indicata come palude) “wetland”. Nella lingua corrente al termine palude viene data spesso una accezione negativa, ad indicare un qualcosa di malsano: questo probabilmente deriva anche dalla propaganda fascista di inizio secolo quando tra le grandi opere del regime c’era proprio quello di bonificare le “paludi” trasformandole in terreni da destinare all’agricoltura. Tali azioni hanno però privato molti ambienti di una componente fondamentale per i cicli biogeochimici creando degli squilibri che ancora oggi si riflettono su molte componenti ambientali, prima fra tutte la qualità delle acque. Oggi le aree umide rimaste sono quasi sempre oggetto di protezione ambientale e si è diffuso anche l’approccio di “ricostruire” le zone umide.

La fitodepurazione

Per il trattamento di reflui civili e non solo ha preso campo negli ultimi 20-30 anni la fitodepurazione, termine con il quale nel nostro paese vengono indicate le “Constructed wetland” (CW), alla lettera "Zone umide costruite"; in effetti si tratta di sistemi ingegnerizzati progettati e costruiti per riprodurre i processi autodepurativi delle zone umide naturali. Le aree umide artificiali offrono, rispetto a quelle naturali, un maggior grado di controllo, permettendo una più precisa valutazione della loro efficacia sulla base della conoscenza della natura del substrato, delle tipologie vegetali e dei percorsi idraulici. I sistemi di fitodepurazione a flusso libero sono quelli che emulano meglio ciò che accade in natura; ma i sistemi maggiormente usati per la depurazione delle acque sono i sistemi di fitodepurazione a flusso sommerso (orizzontale o verticale), veri e propri reattori biologici al cui interno si svolgono processi depurativi complessi di tipo chimico, fisico e biologico che permettono di trasformare e degradare gli inquinanti contenuti nelle acque reflue, rendendoli meno impattanti sull’ambiente. Le CW rientrano, assieme a molti altri tipi di filtrazione, tra quei sistemi di depurazione definiti “a biomassa adesa” per distinguerli dai sistemi di depurazione tradizionale in cui la biomassa batterica è tenuta in sospensione da sistemi di miscelazione ed aerazione. Nei sistemi di fitodepurazione invece i batteri responsabili di molti processi degradativi degli inquinanti popolano le superfici attorno ai riempimenti utilizzati per filtrare l’acqua, formando quello che si definisce “biofilm batterico”. Le piante, contrariamente a quello che può suggerire il nome italiano “fitodepurazione”, non concorrono direttamente alla depurazione delle acque in quanto assimilano solo una piccolissima percentuale degli inquinanti contenuti nelle acque reflue; sono però fondamentali nel mantenere la conducibilità idraulica del sistema (cioè nel non fare intasare il filtro nel corso degli anni), come “catalizzatori” di molti processi depurativi e nel trasferire ossigeno agli strati filtranti in modo naturale senza nessun consumo elettrico. Negli ultimi 15-20 anni sono state introdotte nuove tecniche di fitodepurazione (che a noi piace chiamare fitodepurazione 2.0 in quanto rappresentano una evoluzione delle prime tecniche in termini di rese e spazi): ad esempio i sistemi alla francese, che permettono di non ricorrere più ad un sistema di trattamento primario in testa e che trasformano i fanghi in un ottimo ammendante organico; o i sistemi di fitodepurazione aerati, (Forced Bed Aeration™), introdotti e brevettati da S.D.Wallace e per i quali IRIDRA ha l'esclusiva per l'Italia,  in cui l’aria (e quindi l’ossigeno fondamentale per i processi ossidativi) viene fatta circolare in maniera forzata all’interno del mezzo filtrante aumentando le rese depurative e diminuendo in modo sensibile le aree necessarie, mantenendo consumi elettrici mantenuti rispetto agli impianti tradizionali.

Fitodepurazione vS Impianti di depurazione tecnologici centralizzati - Generalità

Gli impianti di fitodepurazione rappresentano una delle tecniche più utilizzate nel mondo per depurare le acque reflue domestiche e non solo. Le strategie di centralizzazione depurativa (cioè fare lunghi tratti di fognatura per poi convogliare gli scarichi di centri urbani a volte anche molto distanti tra loro ad un unico impianto di depurazione) portate avanti senza una reale valutazione degli impatti ambientali hanno portato a seri squilibri nel ciclo delle acque: accade che si prelevano acque da un acquifero o da un corpo idrico, per poi restituirle ad un altro bacino. I grossi impianti di depurazione tecnologici, se nel caso dei grandi centri urbani sono una soluzione spesso pressoché obbligatoria, costituiscono una fonte di impatto non trascurabile sul territorio sia in termini di inserimento ambientale, sia per gli alti consumi energetici, l’alta produzione di fanghi di supero, l’utilizzo di prodotti chimici. Anche gli impatti sulla qualità delle acque possono non essere così positivi nonostante l’alto grado di depurazione conseguito, in quanto i volumi enormi di acque di scarico seppur depurate (in conseguenza della centralizzazione depurativa) portano sempre una quantità considerevole di inquinanti al fiume, a volte maggiore di quanto può soppo>rtare soprattutto in estate quando i flussi di acqua molto ridotti li rendono molto più sensibili. L’approccio di decentralizzazione depurativa, cioè di realizzare piccoli impianti delocalizzati sul territorio minimizzando le reti fognarie, in molti casi può essere conveniente sia in termini economici (se è vero che i grossi impianti hanno un costo per metro cubo di acqua depurata ridotto per effetto delle economie di scala, le fognature costano molto e vanno gestite) che ambientali, riducendo gli squilibri visti prima. In molti casi poi (per frazioni isolate, case sparse, rifugi montani ecc) è quasi impossibile realizzare collegamenti fognari a depuratori consortili .Gli impianti tradizionali (fanghi attivi) mal si adattano a piccoli-medi centri perché risentono maggiormente delle variazioni di carico idraulico ed inquinante giornaliero e stagionale e richiedono una gestione condotta in maniera costante da personale specializzato; invece i sistemi di fitodepurazione in questi casi rappresentano una valida alternativa a basso costo sia di investimento che soprattutto di gestione, tollerano bene le fluttuazioni di carico, possono essere gestiti da personale non specializzato in maniera non continuativa. Principi che sono richiesti anche dalla vigente legge sulle acque (D.Lgs. 152/06) che indica i sistemi di fitodepurazione come la soluzione maggiormente appropriata per scarichi provenienti da agglomerati al di sotto di 2000 persone, per scarichi caratterizzati da una fluttuazione del carico in ingresso, nonché come sistemi di trattamento terziario per utenze più grandi.

Fitodepurazione vS Impianti di depurazione tecnologici centralizzati - Costi di realizzazione e gestione

I costi di investimento iniziale di un impianto di fitodepurazione sono generalmente comparabili con le tecniche convenzionali (impianti a fanghi attivi) fino a circa 2000 a.e., dopo di ché le economie di scala e l’incidenza del costo del terreno possono incidere a favore di sistemi a fanghi attivi. In media si può considerare un costo di circa 100 €/m2 di superficie utile; i costi possono variare in funzione sia della tipologia scelta e dell’obiettivo depurativo, sia della taglia dell’impianto (per impianti molto piccoli è più ragionevole pesare a costi di 150-200 €/m2, sia in funzione del costo di fornitura e trasporto del materiale di riempimento.

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Costi impianti di fitodepurazione comparati con impianti a fanghi attivi (elaborazione IRIDRA da Masotti, 2011)

I costi di gestione sono invece largamente inferiori rispetto ai sistemi a fanghi attivi, a causa soprattutto del nullo o ridotto impiego di energia elettrica, come si può vedere anche dal grafico seguente. Generalmente si può considerare una media di 14 €/a.e. all’anno (per sistemi alla francese di 7-8 €/a.e. non avendo fanghi da smaltire), contro costi di manutenzione e gestione di sistemi a fanghi attivi che per utenze al di sotto di 2000 a.e. possono avere un incidenza almeno 5 volte superiore (50-100 €/a.e.). Inoltre va considerato che un sistema di fitodepurazione non richiede un presidio fisso né l’impiego di manodopera specializzata per la sua gestione, il che riduce ulteriormente gli oneri gestionali.

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Comparazione dei costi energetici tra varie tipologie di sistemi di depurazione convenzionali e sistemi di fitodepurazione (treatment wetlands) (Kadlec&Wallace, 2009)

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Costi impianti di fitodepurazione comparati con impianti a fanghi attivi (elaborazione IRIDRA)

 

Bibliografia

Kadlec R.H., Wallace S.D. (2009), “Treatment wetlands – Second Edition”, Lewis, Boca Raton.

Masotti L. (2011), Depurazione delle acque, Calderini.