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Fitodepurazione - Constructed Wetlands - Sustainable Water Management - SuDS

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Fitodepurazione per percolati di discarica

I sistemi di depurazione naturale rappresentano una valida alternativa per il trattamento dei percolati di discarica ed il loro utilizzo è iniziato negli anni ’80 sia con sistemi a flusso sommerso che con sistemi a flusso superficiale. Gli schemi di trattamento più comunemente utilizzati sono del tipo multistadio, preceduti da uno stadio di equalizzazione in grado di accumulare il percolato in testa, la cui produzione è fortemente dipendente dalle precipitazioni meteoriche.

Vantaggi percolati judkins 2  web

  • efficace abbattimento del carico organico e azotato
  • diminuzione del volume per evapotraspirazione
  • recupero ambientale delle aree limitrofe alla discarica
  • bassi costi di gestione

Approfondimento

La produzione del percolato di discarica, risultato dei fenomeni di infiltrazione delle acque meteoriche e lisciviazione che avvengono all'interno dell'ammasso di rifiuti stoccati, rappresenta da sempre una delle maggiori problematiche di impatto ambientale degli impianti di interramento controllato dei rifiuti. Questo è dovuto principalmente all'estrema variabilità delle sostanze presenti all'interno della discarica, che danno luogo ad una elevata eterogeneità della composizione del percolato.

Nella maggior parte dei casi, la depurazione del percolato avviene esternamente all'impianto di smaltimento rifiuti, convogliando cioè il percolato presso impianti di depurazione consortili. Tuttavia, negli ultimi anni si è sviluppato notevolmente l'interesse per impianti di trattamento in situ in conseguenza degli evidenti vantaggi conseguibili, quali: l'annullamento dei costi e dei rischi connessi al trasporto del percolato; la possibilità di trattare il percolato in un impianto costruito ad hoc in funzione delle particolari caratteristiche qualitative del percolato stesso, riuscendo così a chiudere in discarica il ciclo di stabilizzazione e mineralizzazione del rifiuto; la possibilità di sfruttare il biogas prodotto in discarica come fonte energetica di alimentazione dell'impianto di trattamento.

Il ruolo della fitodepurazione

In quest'ottica, la fitodepurazione rappresenta una scelta fattibile e molto interessante, poiché possiede caratteristiche estremamente positive per il trattamento dei percolati di discarica, come ad esempio: la grande efficacia nell'abbattimento del carico organico (compresi gli organici recalcitranti alla degradazione) in virtù delle numerose specie microbiche normalmente presenti in questi sistemi; il buon livello di rimozione dei metalli pesanti; le grandi capacità di nitrificazione-denitrificazione, con conseguente abbattimento delle elevate concentrazioni di ione ammonio caratteristiche dei comuni percolati; l'apprezzabile diminuzione di volume del liquido, causata dall'azione evapotraspirativa delle essenze vegetali, che garantirebbe costi estremamente ridotti in caso di necessità di un ulteriore smaltimento dell'effluente dal trattamento di fitodepurazione.

La capacità, inoltre, propria di un sistema di fitodepurazione di fornire l'habitat naturale a numerose specie animali favorisce significativamente il recupero ambientale dell'area occupata dalla discarica, sia durante la fase di esercizio, sia in seguito alla chiusura della discarica stessa. Questi aspetti si uniscono ai vantaggi caratteristici dei sistemi di fitodepurazione, costituiti da bassi costi realizzativi e gestionali e buone rese di trattamento.

L'utilizzo di queste biotecnologie a basso impatto ambientale sta prendendo sempre più campo a livello internazionale; a titolo di esempio basta citare la conferenza internazionale “Wetlands for treatment of Landfill Leachates” tenutasi nel Michigan (USA) nel 1997, in cui sono stati riportati i risultati di circa trenta applicazioni di questa tipologia impiantistica (Constructed wetlands for the treatment of landfill leachate – Lewis Publisher).

Lo schema impiantistico

Gli schemi di trattamento più comunemente utilizzati prevedono la presenza di bacini di accumulo (stagni aerati o misti) in testa, che hanno la funzione di equalizzare le variazioni di portata, in genere fortemente dipendenti dalle precipitazioni meteoriche. Gli effluenti da tali sistemi primari vengono poi trattati in sistemi a flusso sommerso, spesso combinazioni di sistemi HF e VF, affinati in sistemi a flusso superficiale (eventualmente accoppiati con sistemi HF per aumentare la denitrificazione) ed infine accumulati ed utilizzati per irrigazione delle aree a verde della discarica o di aree apposite coltivate con specie ad alto potere evapotraspirativo (ad esempio pioppeti), oppure scaricati in acque superficiali.

Nel Regno Unito esistono circa 80 discariche che vengono trattate o con sistemi di fitodepurazione ibridi multistadio o con sistemi integrati SBR + fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale.

Negli USA il design più frequentemente utilizzato prevede come pretrattamento uno stagno aerato, seguito da un lagunaggio con funzione di accumulo, trattamento con sistemi HF e VF, finissaggio con FWS e HF, accumulo finale e spandimento per irrigazione (Kadlec et al., 2009)

Le rese depurative

La fitodepurazione per il trattamento di percolato di discarica mostra buoni rendimenti, anche se variano tra i diversi impianti in funzione delle dimensioni, del regime idraulico, e dei pre–trattamanti adottati (Wojciechowska et a., 2010).

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Rendimenti medi per diversi impianti di fitodepurazione per il trattamento di percolato da discarica con diversa progettazione, da casi studio in Polonia e Svezia. (Wojciechowska et a., 2010)

Tuttavia, seguendo un corretto dimensionamento, ottimi rendimenti sono garantiti. Ad esempio, in Slovenia, i rendimenti medi registrati da 7 impianti sono : BOD5 68%, COD 73%, NH3-N 75%, Ptot 73%. L’impianto di fitodepurazione che tratta i percolati prodotti dalla discarica di Chunchulala in Mobile County (Alabama ¬– USA), ha registrato le seguenti rimozioni medie: TSS 97%, COD 90%, TOC 87%. La discarica di Laflèche, Eastern Ontario, tratta il percolato per mezzo di un impianto di fitodepurazione che, nei primi due anni di esercizio, ha fornito ottimi rimozioni medie sia del carico organico (95%) che dell’ammonio (99%). Anche in ambienti molto freddi, si riescono ad ottenere abbattimenti del carico organico soddisfacenti; ad esempio, l’impianto al servizio della discarica comunale di Kodiak Island, in Alaska, con rendimenti medi del 40% per il COD e 36% per l’ammonio, ottima rimozione dei metalli (99% per Fe e 44% per Mn), con un effluente in uscita di colore chiaro. Buone efficienze sono garantite anche nel lungo periodo, come mostra l’impianto monitorato da Bulc (2006), che per 7 anni ha mostrato rendimenti costanti intorno al 50% per il COD, il 59% per il BOD5 e il 51% per l’ammonio.

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Concentrazioni di COD in ingresso ed in uscita correlate con le precipitazioni, per i 7 anni di monitoraggio di un impianto di fitodepurazione per il trattamento di percolato di discarica. Bulc (2006)

Fitodepurazione accoppiata a impianti a sequenza di fasi (SBR).

Dal punto di vista del trattamento del percolato da discarica, la combinazione di impianti SBR al primo stadio e CW al secondo stadio fornisce un’ottima soluzione per garantire un efficiente e solido trattamento di questo particolare refluo (Liu et al., 2015). Difatti, il primo stadio SBR consentirebbe di abbattere notevolmente il carico organico e di funzionare da equalizzatore per il secondo stadio CW; in questo modo si limiterebbe di molto il rischio di clogging dei letti di fitodepurazione, aumentando la vita utile dell’impianto. D’altro canto, il secondo stadio di fitodepurazione garantisce un post-trattamento dei picchi d’inquinante in uscita dal primo stadio SBR, legati alla variabilità stocastica delle piogge che condiziona fortemente la quantità di percolato da trattare; in questo modo è possibile evitare un eccessivo sovradimensionamento del primo stadio SBR. Altro vantaggio sarebbe dato da una efficiente nitrificazione al primo stadio SBR, atta a minimizzare i limiti sulla nitrificazione che si possono avere negli impianti di fitodepurazione soggetti ad alti carichi azotati in ingresso. Infine, si sarebbe in grado di limitare l’area richiesta nel caso di solo trattamento di fitodepurazione, fornendo una valida opzione in quelle situazioni in cui le aree per la costruzione dell’impianto risultino limitate.

Nel Regno Unito esistono circa 80 discariche che vengono trattate o con sistemi di fitodepurazione ibridi multistadio o con sistemi integrati SBR-CW a flusso sommerso orizzontale; nei casi in cui uno stadio terziario di fitodepurazione è stato adottato, effluenti con standard di qualità molto elevati sono stati ottenuti (Mulamoottil et al., 1999). Un esempio di tali impianti è dato dal trattamento di reflui dalla discarica di Judkins Quarry (UK),

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Vista dall’alto dell’impianto SBR+CW per il trattamento dei percolati dalla discarica di Judkins Quarry (UK).

 

Bibliografia

Bulc, T. (2006). Long term performance of a constructed wetland for landfill leachate treatment, Eco. Eng. 26, 365–374.

Kadlec, R. H. & Wallace, S. D. (2009). Treatment Wetlands, 2nd edition. CRC Press, FL, ISBN: 978-1-56670-526-4.

Liu, R, Zhao Y., Doherty L., Hu Y. & Hao, X. (2015).A review of incorporation of constructed wetland with other treatment processes, Chem. Eng. J. 279, 220–230.

Mulamoottil, G., McBean E.A. & Rovers, F. (1999). Constructed wetlands for the Treatment of Landfill Leachates. CRC Press, FL, ISBN: 1-56670-342-5.

Wojciechowska, E, Gaiewska M., & Obarska-Pempkowiak, H. (201o).Treatment of Landfill Leachate by Constructed Wetlands: Three Case Studies, Polish.J. Environ. Stud. 19(3), 643–650.