Non molti conoscono esattamente il trattamento subito dalle acque reflue in uscita dalle nostre abitazioni o dalle aziende e dalle strutture ricettive attorno a noi, eppure al giorno d’oggi il destino dei reflui assume un’importanza rilevante: da una parte perchè la riduzione dell’impatto ambientale è un tema talmente attuale da diventare per molte aziende imprescindibile in sede di marketing, dall’altra perchè l’ovvia abbondanza di nuove tecnologie (da quelle per l’approvvigionamento di energia a quelle per lo smaltimento dei rifiuti) pone tutti davanti a scelte che prima non esistevano e che potrebbero non solo avvantaggiare chi le usa dell’etichetta “eco friendly”, ma anche far risparmiare realmente e per tanti anni a venire. Per l’approvvigionamento di energia, ad esempio, il solare e l’eolico sono soluzioni che promettono di essere non solo più ecologiche del petrolio, ma anche più economiche.
Per il trattamento delle acque reflue esistono già da tempo sistemi alternativi a quelli tradizionali, ma la piccola rivoluzione avanza più lentamente e più in sordina, rispetto a quella delle tecnologie che sfidano il monopolio del petrolio. Gli impianti tradizionali constano di un primo stadio depurativo tramite vasca Imhoff, ossia un contenitore che consente di separare dal liquame la maggior parte dei rifiuti solidi (per sedimentazione) e la maggior parte dei grassi (per galleggiamento), e di un secondo stadio depurativo a fanghi attivi: in pratica un sistema dove i liquidi vengono prima ossigenati da bollicine d’aria che consentono una fase digestiva aerobia (ossia basata su batteri che utilizzano l’ossigeno per degradare il carico organico) e poi mescolati da appositi movimenti meccanici a fanghi su cui si installano i batteri anaerobi (quelli che operano in assenza di ossigeno sempre per digerire e degradare gli inquinanti).
Come nasce e si afferma la fitodepurazione
A partire dalla fine degli anni ’70, in Germania i ricercatori Seidel e Kickuth hanno avviato una serie di ricerche e applicazioni che consentono di sostituire il trattamento a fanghi attivi con un sistema più semplice, economico e affidabile: la fitodepurazione.
L’intuizione di questi scienziati nasce dalla scoperta del potere depurativo degli ambienti umidi o wetlands (aree inondate o saturate d’acqua della falda, con una frequenza e per una durata sufficiente a sostenere una macro e microflora adattata a condizioni di suolo saturo). In questi ambienti, le acque eventualmente impure o inquinate, vengono a contatto con radiazioni UV, sedimenti (rocce, ghiaie, sabbie) e piante. Contro ogni aspettativa, tanto basta per ottenere un notevolissimo abbattimento degli inquinanti.
La fitodepurazione è l’azione di depurazione di acque inquinate in presenza di piante, che ricrea, in un ambiente più ristretto e controllato, proprio le dinamiche caratteristiche delle wetlands. Essa può essere realizzata attraverso molteplici sistemi, che differiscono per ambiti territoriali, caratteristiche progettuali, tipo di intervento di depurazione, condizioni di substrato, tipo e gestione della vegetazione. Si tratta in ogni caso di un insieme di soluzioni all’avanguardia per il trattamento delle acque, che presentano un basso fabbisogno tecnologico ed energetico.
La semplicità e l’economicità di questa tecnica depurativa ne sancisce un notevole successo in Germania, patria dei suoi padri fondatori, dove già nel 1998 si stima che fossero operativi circa 6000 impianti, soprattutto in Baviera e Bassa Sassonia, ma il successo e la diffusione non tardano ad arrivare sia nel Nord Europa (Regno Unito, Danimarca, Paesi Bassi, Austria, Svezia) che negli Sati Uniti. Lo sviluppo e l’affinamento della fitodepurazione conoscono una notevole impennata ovunque a partire dagli anni ’80, periodo in cui si concentra una continua ricerca di nuove soluzioni impiantistiche, nuovi materiali, nuove specie vegetali.
In Italia, così come nei paesi mediterranei, la fitodepurazione non è stata inizialmente considerata, mentre a partire dai primi anni ’90 ha iniziato ad essere sperimentata, ottenendo un successo che ha spinto varie aziende operanti nel settore del trattamento delle acque ad entrare nel mercato offrendo anche questo tipo di prodotto, non sempre però con le dovute conoscenze tecnico-pratiche. Tuttavia la fitodepurazione è stata oggetto di studio e ricerca in ambito universitario con investimenti in parte provenienti anche da aziende private, ed è oggi considerata un’ottima tecnica alternativa ai tradizionali impianti a fanghi attivi e alla subirrigazione per le piccole e medie comunità. Ciò è testimoniato dalla comparsa della fitodepurazione come tecnica consigliata per la depurazione delle acque reflue nel decreto legislativo dell’11 maggio 1999 (d.lgs. 152/99) e successivi aggiornamenti (d.lgs. 258/2000), ossia nell’attuale normativa vigente in materia di tutela delle acque dall’inquinamento (recepimento delle direttive europee 91/271/CEE e 91/676/CEE concernenti il trattamento delle acque reflue urbane e la protezione delle acque dall’inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole).
Struttura e funzionamento di un impianto di fitodepurazione
Capire la struttura di un impianto di fitodepurazione non è difficile: la semplicità strutturale del resto è uno dei suoi punti di forza, tuttavia non altrettanto semplice e intuitiva è la comprensione dei meccanismi che partecipano alla depurazione delle acque.
Analizziamo quindi un tipico impianto di fitodepurazione, del tipo SFS-h (Subsurface Flow System – horizontal) ossia del tipo a flusso sommerso orizzontale, per spiegarne il funzionamento. Lo schema sottostante ne illustra la sezione laterale. Le frecce rosse indicano la direzione di spostamento del liquame.
In pratica, un impianto di fitodepurazione tipo nasce con uno scavo rettangolare profondo circa un metro, dove vengono adagiate una geomembrana, a tenuta stagna, per proteggere l’ambiente da eventuali percolazioni di liquame inquinato e un geotessuto che proteggerà la stessa geomembrana dal peso degli inerti (pietrisco, ghiaie e sabbie), che verranno depositati all’interno della vasca così creata, e disposti secondo un preciso ordine, in modo da consentire un corretto drenaggio del liquame.
Tuttavia, prima della posa degli inerti, sui lati corti del rettangolo vengono disposti tubi per l’ingresso e l’uscita dell’acqua, trasportata per gravità, poichè il fondo della vasca avrà una leggera pendenza. Il tubo di ingresso riceve il liquame dal pozzetto di ingresso (che ha lo scopo di consentire l’ispezione del liquame entrante), che lo riceve a sua volta dalla vasca Imhoff. Questo tubo attraversa la geomembrana e raggiunge l’interno della vasca, dove si ramifica a formare una “T”, in modo che i numerosi fori presenti contribuiscano a diffondere meglio il liquame per tutta la larghezza del bacino. Il tubo di raccolta, collocato più in basso, sul lato opposto, ha forma e struttura analoghe, per convogliare il liquame in uscita (senza lasciare zone di ristagno) nel pozzetto di ispezione a valle, dove si trova anche un tubo che sfrutta il principio dei vasi comunicanti per consentire di regolare il livello del liquido all’interno della vasca.
Posa della geomembrana all’interno dello scavo
Quando tutto è pronto, vengono piantate delle specie vegetali, direttamente sugli inerti, scelte a seconda dell’ambiente e delle necessità climatiche, che utilizzano i nutrienti presenti nel liquame immesso per crescere e portare infine l’impianto a regime, dopo qualche mese. Tuttavia, ben prima di questa scadenza, le acque reflue si depurano fino al 70% del livello ottimale. Questo perchè, già dalla prima immissione di liquame, si crea il cosiddetto “biofilm” sulla superficie degli inerti: una superficie vastissima, che ospita appunto una biomassa batterica che è in grado di digerire la maggior parte degli inquinanti con processi anaerobici, ossia in assenza di ossigeno.
Infine, quando le piante poste in superficie si sviluppano, le radici che affondano negli inerti, convogliano modeste ma significative quantità di ossigeno negli strati inferiori della vasca, consentendo i processi digestivi aerobici, che essendo molto più veloci di quelli anaerobici, portano l’impianto a regime, conferendogli il massimo potere depurativo. Infatti a questo punto, con la presenza di ossigeno, nel medium di filtrazione (ghiaie e radici) si alternano così zone aerobie ed anaerobie (con prevalenza delle ultime), e ciò contribuisce anche all’abbattimento dei batteri patogeni, sottoposti a stress nel continuo passaggio attraverso queste due condizioni. I sistemi radicali rilasciano poi, oltre all’ossigeno, altre sostanze, fra cui antibiotici, in grado di agire ulteriormente sui patogeni. Tali considerazioni spiegano i buoni rendimenti di abbattimento della carica batterica patogena, che raggiungono a regime il 97÷99%.
Pur essendo molteplici i fattori chimici, fisici e biologici che contribuiscono alla depurazione del refluo, in un impianto di fitodepurazione il ruolo principe è svolto dai batteri, che trovano le condizioni ideali per lo sviluppo, sia per l’abbondanza di substrato organico che per le grandi superfici a disposizione (materiale inerte e radici delle piante) che fungono da supporto di adesione. Per completare il quadro, la tabella sottostante illustra schematicamente i meccanismi di rimozione dei principali inquinanti. Si noti che per ogni inquinante il meccanismo di rimozione primario, è indicato dalla lettera P.
La tabella sottostante indica l’efficienza depurativa media di un impianto di fitodepurazione a regime.
Un impianto SFS-v, realizzato da Carra Depurazioni, e un impianto SFS-h.
Principali varianti progettuali
Il modello di impianto preso in esame, a flusso sommerso orizzontale è tra i più diffusi, perchè il più adatto alle singole abitazioni o ai piccoli agriturismi, ad esempio, offrendo generalmente il miglior rapporto costi/benefici, ma esistono almeno due varianti molto importanti.
I sistemi a flusso sommerso verticale SFS-v (Subsurface Flow System – vertical) sono molto simili a quelli del tipo sopra descritto, ma il tubo di ingresso del liquame si articola in modo da produrre molti punti di immissione del liquame su tutta la superficie della vasca, mentre il tubo di raccolta si sviluppa in modo da produrre molti punti di raccolta su tutto il fondo della vasca, creando così un flusso verticale dall’alto in basso, avvantaggiato da una differente disposizione degli inerti. Questi impianti sono particolarmente adatti a flussi discontinui ma sono anche più esposti a problemi di intasatura (specie se il flusso diventasse continuo e abbondante).
I sistemi a flusso superficiale FWS (Free Water System) differiscono dai SFS-h per la disposizione degli inerti: presenti solo sul fondo della vasca, consentono un solido appoggio per le radici delle piante e lasciano uno strato di acqua che scorre liberamente in superficie. In questo modo si aumenta la fase digestiva aerobia (perchè l’acqua è a diretto contatto con l’aria), si ottiene una benefica esposizione del liquame ai raggi UV (che partecipano alla disinfezione) e si crea un ambiente umido, che generalmente risulta prezioso in termini di biodiversità. Per contro la minore disponibilità di inerti significa una superficie di adesione per il biofilm drasticamente ridotta. Questo comporta dimensioni dell’impianto maggiori per ottenere la stessa resa depurativa degli impianti SFS-h. Inoltre, il liquame che galleggia può provocare cattivi odori, se non precedentemente trattato. Per questa ragione spesso si adotta una combinazione di impianti con SFS-h/v a monte e FWS a valle.
In effetti, sia gli adattamenti progettuali che le combinazioni di diversi impianti consentono di risolvere problemi di spazio, di ottimizzare la resa del sistema e di arredare o arricchire il paesaggio.
Dimensionamento degli impianti
Secondo le linee guida per il dimensionamento degli impianti di fitodepurazione, redatte a cura del Ministero dell’Ambiente, per il calcolo delle giuste dimensioni di un impianto, si ricorre al concetto degli abitanti equivalenti, o a.e., definito all’art.74 comma 1 lett. a) del D.Lgs. 152/06 come “carico organico biodegradabile avente una richiesta di ossigeno a 5 giorni (BOD5) pari a 60 grammi di ossigeno al giorno”. In termini meno rigorosi si può dire che un abitante equivalente è quella quantità di carico organico che richiede 60 grammi di ossigeno al giorno per 5 giorni per essere biodegradata, e che di fatto è la quantità di carico organico prodotto in media da una persona in un giorno.
Vediamo una tabella che chiarisce il calcolo degli abitanti equivalenti, premettendo che, a seconda del comune di appartenenza, questo calcolo potrebbe subire leggere variazioni.
Alcuni tipi di aziende, producono carichi straordinari di inquinanti (cantine vitivinicole, piccoli caseifici, allevamenti, canili, ecc.), e necessitano di studi specifici per un corretto dimensionamento.
Altra importante variabile nello studio del dimensionamento di un impianto è l’uso che si intende fare dell’acqua restituita dalla vasca.
Per un “trattamento appropriato” (D.Lgs.152/99) delle acque reflue, sono sufficienti appena 3 mq di estensione ogni abitante equivalente. Col termine “trattamento appropriato” non si indica un insieme di valori di riferimento e non si richiede il rispetto di limiti, né tantomeno l’effettuazione di controlli: il target è l’obiettivo di qualità delle acque recipienti, e la definizione di questo obiettivo è demandata alle Regioni, esprimendo la volontà di lasciare un margine di manovra tale da permettere soluzioni non necessariamente univoche sotto il profilo dell’efficacia depurativa.
Per lo “scarico in acque superficiali” invece si fa riferimento ad un insieme di valori esposti nella Tabella 3 dell’Allegato 5 del D.Lgs.152/99, e a seconda della Regione di appartenenza, si va dai 4 ai 5mq per abitante equivalente. Analogamente si fa riferimento alla Tabella 4 del medesimo D.Lgs. per lo “scarico sul suolo”, per cui sono necessari 6mq per abitante equivalente.
Per il “riutilizzo” si fa riferimento al D.M. 185/03 e sono necessari 8mq per abitante equivalente. A questo proposito è da segnalare il particolare vantaggio ottenuto dal riutilizzo delle acque reflue per l’irrigazione, poichè gli apporti di azoto derivanti da questo tipo di pratica consentono il raggiungimento dei carichi massimi di azoto ammissibili ai fini della fertilizzazione. In altre parole, con impianti di fitodepurazione ben dimensionati si può risparmiare sia sull’acqua che, soprattutto, sui fertilizzanti.
Vantaggi della fitodepurazione in contesti turistici
Quanto detto dovrebbe già di per sè incoraggiare l’adozione della fitodepurazione in certi ambienti, ma i costi particolarmente contenuti, sia per l’installazione che (soprattutto) per la manutenzione, ne fanno in realtà una soluzione appetibile ovunque sia disponibile lo spazio necessario per la messa in posa.
Da qualche anno, in particolar modo, esistono soluzioni “fai da te” che accentuano il vantaggio economico della fitodepurazione. Per dare un riferimento, una famiglia di 4 persone, può realizzare un impianto con un investimento inferiore ai 2500€, spesi tra scavo e acquisto del kit da montare autonomamente, mentre per la manutenzione gli unici costi sono normalmente le 6-8 ore lavoro annue per ripulire la superficie della vasca da fogliame e residui vegetali.
Comunque il lato economico non è il solo fattore da prendere in esame. Come si è visto la fitodepurazione non richiede energia per funzionare: tutto avviene per gravità, per cui non ci sono movimenti meccanici né rumori; non ci sono cattivi odori né sovrapopolamenti di insetti; siamo in presenza di impianti semplici da costruire e da mantenere in funzione, resistenti alle basse temperature (grazie alla produzione di calore sotteraneo dei processi fermentativi) e soprattutto insensibili a variazioni di carico idraulico ed organico anche stagionali. Questo rappresenta un enorme e decisivo vantaggio per quelle utenze che potrebbero fronteggiare periodi di chiusura stagionale, come campeggi, agriturismi, resort, ecc. Infatti ogni periodo di inattività mette praticamente fuori uso un impianto tradizionale a fanghi attivi, ponendo il problema di una costosa manutenzione a ogni riapertura.
Da non sottovalutare inoltre la possibilità di integrare l’impianto in strutture ricettive (o abitazioni o aziende) che si vogliano fregiare dell’appellativo eco-sostenibile, che è insieme una buona idea di per sè e al contempo, specialmente oggi, una scusa per vendersi meglio. Il tutto senza trascurare la bellezza e l’impatto sul paesaggio: oltre a utilizzare una tecnologia senza costi energetici e che può esaltare la biodiversità locale, si possono arredare spazi verdi semplicemente scegliendo le essenze più idonee per lo scopo, tra le oltre 20 specie utilizzabili nei nostri climi. Il risultato estetico talvolta supera ogni aspettativa, facendo sembrare l’impianto un giardino fiorito.
Un notevole esempio di inserimento paesaggistico di un impianto SFS-v.
I problemi insuperabili per l’installazione di questi impianti sono fondamentalmente la mancanza di spazio sufficientemente pianeggiante e l’esposizione del terreno ad allagamenti. In assenza di queste condizioni, i limiti che rimangono in un confronto col sistema a fanghi attivi sono la necessità di una progettazione mirata (per ottimizzare la resa depurativa e l’inserimento paesaggistico) e un’attesa che va dai 6 ai 12 mesi per avere l’impianto a regime.
Tutto sommato una tassa equa, soprattutto per chi deve gestire grandi numeri e stagionalità con la possibilità di un risparmio sensibile e un impatto ambientale qualificato.
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