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Fitodepurazione - Constructed Wetlands - Sustainable Water Management

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Modellazione numerica avanzata

I modelli numerici avanzati basati sui processi (process-based models) si pongono l'obiettivo di simulare i diversi processi fisici, biochimici e fisiologici che avvengono all'interno dei letti di fitodepurazione. In quanto tali, risultano strumenti complessi, ma allo stesso tempo molto promettenti nell'ambito della progettazione di impianti di fitodepurazione sempre più performanti di fronte ai diversi scenari di carichi inquinanti a cui possono essere soggetti.

IRIDRA ha cominciato ad utilizzare modelli numerici avanzati (p.es. HYDRUS) nelle fasi di design di impianti di fitodepurazione soggetti a condizioni di funzionamento particolari, quali significative variazioni di carico inquinante nel tempo (p.es. cantine vitivinicole, scolmatori di fognatura mista). In questo modo, IRIDRA garantisce ai propri clienti l'utilizzo degli strumenti più avanzati anche in campo teorico per dimensionare al meglio i propri impianti di fitodepurazione.

Approfondimento

Ad oggi, gli impianti di fitodepurazione vengono progettati con stime parametriche (p.es. metri quadri per a.e.) o con cinetiche del primo ordine tarate su ampi database, trattandoli quindi come scatole nere (black boxes) in grado di prendere in ingresso un refluo e restituirlo all'uscita con una qualità conforme a quella richiesta. Difatti, mentre i processi di rimozioni messi in gioco dalla fitodepurazione sono stati dettagliatamente identificati, la loro quantificazione in sede di design non viene tipicamente presa in considerazione.

L'obiettivo dei modelli numerici avanzati basati sui processi (process-based models) è quello di fornire strumenti per simulare in modo quantitativo il contributo dei diversi processi fisici, biochimici e fisiologici di depurazione che avvengono all'interno della fitodepurazione (Langergraber 2008; Meyer et al., 2015). Tali modelli hanno consentito di comprendere meglio gli effetti di diverse variabili in gioco quali ad esempio la distribuzione delle diverse famiglie batteriche all'interno del letto di fitodepurazione, la formazione del clogging e la sua propagazione del tempo e la risposta a carichi variabili nel tempo (Samsó and Garcia, 2013,2014; Rizzo et al., 2014, 2016).

La complessità di tali modelli ha però fino ad ora limitato il loro utilizzo in fase di progettazione, nonostante i recenti vantaggi mostrati da Palfy et al. (2015). Tuttavia i modelli numerici avanzati rappresentano un importante strumento per la progettazione di impianti di fitodepurazione soggetti a particolari condizioni di carico quali ad esempio le considerevoli variazioni di carico nel tempo a cui sono soggetti gli impianti per il trattamento di reflui da cantine vitivinicole o di scolmi fognari (stagionalità del carico in termini sia qualitativi che quantitativi, lunghi periodi secchi, etc.).

Esperienza IRIDRA

Lo staff IRIDRA ha le eccellenze necessarie affinché i modelli numerici avanzati più all'avanguardia (p.es. HYDRUS, BIO_PORE) possano essere utilizzanti in fase di design, permettendo una migliore progettazione degli impianti di fitodepurazione proposti. IRIDRA inoltre collabora coi più importanti ricercatori internazionali coinvolti nello sviluppo e miglioramento dei modelli basati sui processi, in modo da poter utilizzare gli strumenti più recenti e all'avanguardia proposti dalla comunità scientifica.

hydrus ricerca sperimentale  web

Simulazione della risposta dei batteri fermentatori e diversa zonazione dell'acetato all'interno di impianto pilota di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale soggetto a carichi variabili nel tempo, simulato col modello HYDRUS

cso cw carimate  web

Simulazione della portata effluente (a sinistra) e della variazione nel tempo del livello di saturazione (a destra) del primo stadio a flusso sommerso verticale dell'impianto di fitodepurazione per il trattamento degli scolmi fognari in testa al depuratore centralizzato di Carimate (CO), progettato da IRIDRA

Bibliografia

Rizzo, A., & Langergraber, G. (2016). Novel insights on the response of horizontal flow constructed wetlands to sudden changes of influent organic load: A modeling study. Ecological Engineering, 93, 242-249.

Pálfy, T. G., Gribovszki, Z., & Langergraber, G. (2015). Design-support and performance estimation using HYDRUS/CW2D: a horizontal flow constructed wetland for polishing SBR effluent. Water Science and Technology, 71(7), 965-970.

Meyer D, Chazarenc F, Claveau-Mallet D, Dittmer U, Forquet N, Molle P, Morvannou A, Pálfy T, Petitjean A, Rizzo A, Campà RS. (2015). Modelling constructed wetlands: scopes and aims–a comparative review. Ecological Engineering, 80, 205-213.

Rizzo, A., Langergraber, G., Galvão, A., Boano, F., Revelli, R., & Ridolfi, L. (2014). Modelling the response of laboratory horizontal flow constructed wetlands to unsteady organic loads with HYDRUS-CWM1. Ecological Engineering, 68, 209-213.

Samsó, R., & García, J. (2014). The Cartridge Theory: A description of the functioning of horizontal subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment, based on modelling results. Science of the Total Environment, 473, 651-658.

Samsó, R., & García, J. (2013). Bacteria distribution and dynamics in constructed wetlands based on modelling results. Science of the Total Environment, 461, 430-440.

Langergraber, G. (2008). Modeling of processes in subsurface flow constructed wetlands: A review. Vadose Zone Journal, 7(2), 830-842.