ZONE UMIDE COSTRUITE PER IL TRATTAMENTO DI ACQUE REFLUE

Le zone umide naturali sono state utilizzate per molti secoli per il trattamento delle acque di scarico prodotte dagli insediamenti abitativi e da alcune attività produttive. Nella maggior parte dei casi però le paludi venivano utilizzate come una sorta di bacino di accumulo prima dello sversamento nel corpo idrico recettore finale e non come veri e propri sistemi di trattamento, con la conseguenza di ottenere irreversibili degradazioni della loro qualità con scarichi incontrollati ed inesistenti valutazioni sull’impatto provocato su di esse dalle acque inquinate. Culturalmente, infatti, le zone umide sono state storicamente considerate come malsane ed inadatte alla vita umana, e quindi, fino a quando la visione antropocentrica ha prevalso, sono state letteralmente accantonate anche dal mondo scientifico.

Negli ultimi trenta anni si è invece assistito ad un netto aumento di interesse e ad un radicale cambiamento nella loro considerazione (Williams 1990). Sono infatti stati identificati gli svariati benefici forniti dalle aree umide tra cui la possibilità di approvvigionamento di acqua (ricarica degli acquiferi, utilizzo per acqua potabile e per irrigazione), la buona funzionalità per il controllo idrico (casse di espansione per eventi alluvionali), lo sfruttamento per attività di estrazione (cave di sabbia, di ghiaia e di torba), l’utilizzo delle piante in esse presenti (materie prime per prodotti alimentari, cosmetici e farmaceutici, foraggio, legname, produzione di carta e cartone, materiale per copertura, fertilizzanti), la presenza di animali allo stato libero (volatili acquatici migratori, fonte di abbeveramento per molte specie), la presenza di pesci ed invertebrati (gamberi, granchi, ostriche, cozze, vongole), la possibilità di utilizzo per produzioni integrate (ad esempio piscicoltura abbinata alla coltivazione del riso), il controllo dei fenomeni erosivi e di desertificazione e il grande contributo alla biodiversità, la possibilità di utilizzo come fonti energetiche (idroelettrica, solare, pompe di calore, produzione di gas e combustibili liquidi e solidi), e infine le attività educative e ricreative (Mitsch & Gosselink 1986, Sather et al 1990, Whigham & Brinson 1990).

Le zone umide naturali sono caratterizzate da una estrema variabilità delle loro componenti funzionali, rendendo virtualmente impossibile la previsione delle conseguenze dell’apporto di acque inquinate e la traslazione dei risultati da una zona geografica all’altra. Sebbene si osservino significativi miglioramenti nella qualità delle acque reflue durante il loro scorrimento in zone umide naturali, non si può prevedere una precisa quantificazione delle capacità di trattamento (Brix 1993). Su queste basi si sono dunque sviluppate, a partire dalla metà degli anni ’70, svariate esperienze di utilizzo pianificato e ben controllato del potere autodepurativo di alcune zone umide naturali per il raggiungimento di precisi obbiettivi di qualità delle acque e, soprattutto, di "ricostruzione" o "creazione" di sistemi umidi studiati proprio per il trattamento di acque reflue. La tendenza è infatti stata quella di preservare le aree naturali esistenti e di progettare e costruire apposite aree umide per il trattamento depurativo.

L’applicazione di sistemi naturali costruiti (Constructed Wetlands) per il trattamento delle acque reflue rappresenta ormai una scelta ampiamente diffusa nella maggior parte del mondo. Molteplici attività di ricerca sono state effettuate da Università ed Enti inglesi, danesi, tedeschi, statunitensi, austriaci, francesi, ecc., che da circa quindici anni hanno approntato sperimentazioni su impianti pilota e in scala reale e quindi individuati modelli e cinetiche di processo, utilizzando i dati ottenuti nei monitoraggi, che tengono conto delle condizioni climatiche delle aree d’intervento, delle diverse tipologie di refluo trattate e delle scelte impiantistiche adottate.

Le aree umide artificiali offrono infatti un maggior grado di controllo, permettendo una precisa valutazione della loro efficacia sulla base della conoscenza della natura del substrato, delle tipologie vegetali e dei percorsi idraulici. Oltre a ciò le zone umide artificiali offrono vantaggi addizionali rispetto a quelle naturali, come ad esempio la scelta del sito, la flessibilità nelle scelte di dimensionamento e nelle geometrie, e, più importante di tutto, il controllo dei flussi idraulici e dei tempi di ritenzione.

In questi sistemi gli inquinanti sono rimossi da una combinazione di processi chimici, fisici e biologici, tra cui sedimentazione, precipitazione, adsorbimento, assimilazione da parte delle piante e attività microbica sono le maggiormente efficaci (Brix 1993).

Alcune zone umide naturali sono ancora utilizzate per il trattamento di acque reflue (Kadlec & Tilton 1979, Chan et al 1982, Olson 1993) ma, al momento, risulta decisamente più diffuso ed efficace in tutto il mondo l’uso di zone artificiali (Reddy & Smith 1987, Hammer 1989a, Cooper & Findlater 1990, Moshiri 1993, Bavor & Mitchell 1992, Kadlec & Brix 1995, Kadlec & Knight 1996, Vymazal et al. 1998).

I sistemi di trattamento di acque inquinante mediante aree umide artificiali, nel nostro paese comunemente definiti impianti di "fitodepurazione", sono sistemi ingegnerizzati che sono stati progettati e costruiti per riprodurre i naturali processi autodepurativi in un ambiente maggiormente controllabile.

La prima esperienza di questo tipo risale al 1952, anno in cui Seidel iniziò una serie di sperimentazioni al Max Planck Institute di Plon (Seidel 1955). Ci sono voluti circa venti anni di ricerche per arrivare nel 1977 al primo impianto di fitodepurazione in scala reale, costruito a Othfresen in Germania per il trattamento dei reflui urbani (Kickuth 1977).

In Italia solo da pochi anni sono stati realizzati sistemi naturali costruiti per la depurazione di acque reflue, dimensionati applicando modelli americani ed europei o, in alcuni casi, improvvisando; questo ha creato da una parte nuove prospettive di approccio al problema della depurazione delle acque, dall’altra ha generato alcune perplessità causate da malfunzionamenti o basse efficienze, rispetto a quelle stimate, di questo tipo di impianti.

Da indagini effettuate su impianti realizzati in Italia, infatti, emerge da un lato l’assenza frequente di un approccio metodologico - scientifico in fase di progettazione, dall’altro i dati di monitoraggio degli impianti sono spesso scarsamente documentati e, quando presenti, risultano, nella maggior parte dei casi, effettuati in modo saltuario.

In questo quadro risulta maggiormente necessario, soprattutto durante le fasi di progettazione, affrontare le scelte impiantistiche attraverso un approccio pluridisciplinare (chimico, biologico, idraulico e paesaggista) evitando approssimazioni e standardizzazioni.

Preso atto di ciò, sarà quindi auspicabile, in un futuro prossimo, una maggiore attenzione da parte dei committenti, sia pubblici che privati, e dei soggetti gestori del ciclo delle acque nel verificare l’affidabilità delle scelte effettuate dai progettisti e un maggiore impegno rispetto a fasi successive a quella della progettazione, riguardanti l’avviamento e il monitoraggio degli impianti.

Quest’ultimo passaggio risulta fondamentale per ottenere dati che potranno essere comparati, elaborati ed infine utilizzati per calcolare nuove costanti cinetiche di processo e per comprendere le dinamiche di funzionamento indispensabili per la redazione di linee guida progettuali mirate al bacino del Mediterraneo.

Una corretta valutazione delle reali possibilità di applicazione delle tecniche di depurazione naturale, sia per il trattamento "secondario" dei reflui che per il trattamento avanzato degli effluenti di depuratori a ciclo biologico ossidativo esistenti, che tenga conto di nuove dinamiche di processo e quindi di nuovi criteri di dimensionamento, costituisce lo strumento ideale per arrivare ad una precisa stima dei costi di installazione, unitamente alla previsione dei costi di gestione che risulta comunque strettamente legata a problematiche locali e quindi di difficile generalizzazione.

Inoltre, in un quadro normativo in corso di recepimento della Direttiva comunitaria 91/271 e di revisione degli standard qualitativi degli scarichi è necessario tenere presente l’esigenza, da un lato di garantire una maggiore copertura del servizio depurativo, dall’altro di adeguare gli impianti esistenti per il raggiungimento dei nuovi obiettivi attraverso sistemi che non comportino oneri di investimento e di gestione elevati.

I sistemi di fitodepurazione, come sarà successivamente illustrato, presentano requisiti tali da rispondere a queste esigenze.

D’altra parte è importante ricordare che nell’applicazione della Legge n. 36 del 5 gennaio 1994 al fine di garantire una buona qualità dei servizi erogati, l’Autorità di Ambito Territoriale Ottimale, oltre a tenere presente parametri quali la qualità delle acque potabili, il grado di copertura del servizio, le riduzioni delle perdite, l’efficienza degli impianti di trattamento, le tariffe, è necessario operi in un’ottica di tutela della risorsa idrica in modo che gli equilibri idrologici e degli ecosistemi acquatici non siano danneggiati.

Infatti fra i principi generali della suddetta legge si sottolineano concetti come: "qualsiasi uso delle acque è effettuato salvaguardando le aspettative ed i diritti delle generazioni future a fruire di un integro patrimonio ambientale" (art. 1, comma 2) e "gli usi delle acque sono indirizzati al risparmio e al rinnovo delle risorse per non pregiudicarne il patrimonio idrico, la vivibilità dell’ambiente, l’agricoltura, la fauna e la flora acquatiche, i processi geomorfologici e gli equilibri idrologici" (art. 1, comma 3).

In quest’ottica i sistemi di depurazione naturale, sia per il trattamento secondario che terziario (finissaggio) dei reflui, rappresentano delle valide soluzioni impiantistiche capaci, attraverso una gestione semplice e poco onerosa, di ottime rese depurative (soprattutto per parametri quali COD, BOD₅, solidi sospesi e sedimentabili e Azoto) con impatto ambientale e consumo energetico nettamente ridotti rispetto ad altri sistemi depurativi.

I sistemi di depurazione naturali delle acque reflue possono essere applicati a tipologie di reflui molto differenziati tra loro, come indicato nella seguente tabella, sia come trattamenti secondari che terziari (post-trattamenti).

Campi di applicazione della fitodepurazione

I trattamenti terziari sono generalmente applicati a reflui, precedentemente depurati con impianti di tipo chimico-fisici e/o impianti ad ossidazione (impianti a fanghi attivi, impianti a biomasse adese), le cui caratteristiche non soddisfano i limiti imposti dalla normativa italiana ed europea. I loro principali obiettivi sono infatti:

• abbattimento del Fosforo
• abbattimento dell’Azoto
• abbattimento di metalli pesanti
• abbattimento di sostanze organiche che hanno tempi di biodegradabilità lenti e necessitano quindi di tempi di ritenzione più lunghi
• assicurare un’azione di tampone agli eventuali malfunzionamenti degli impianti tecnologici
• affinare la qualità microbiologica e chimica dei reflui

Non bisogna comunque dimenticare che in un’ottica di salvaguardia della risorsa idrica, soprattutto nelle aree sensibili ai sensi della Direttiva comunitaria 91/271, è indispensabile rendere compatibile lo scarico con il corpo recettore e quindi non compromettere le naturali capacità autodepurative del sistema naturale. In quest’ottica l’applicazione dei trattamenti terziari assume un ruolo di fondamentale importanza.

Se poi si tiene conto delle reali difficoltà operative-gestionali dei "tradizionali" impianti di depurazione dovute alle variazioni, spesso consistenti, dei carichi idraulici e organici che si verificano durante periodi di intense precipitazioni e di flussi turistici, si comprende come i trattamenti terziari possano giocare un ruolo di fasce tampone capaci di minimizzare (ammortizzare) gli effetti negativi (riduzione rese depurative) indotti da questi fattori.

Le tecniche di fitodepurazione possono essere classificate in base alla prevalente forma di vita delle macrofite che vi vengono utilizzate (Brix 1993):

1. Sistemi a macrofite galleggianti (Lemna, Giacinto d’acqua,...);
2. Sistemi a macrofite radicate sommerse (Elodea,..);
3. Sistemi a macrofite radicate emergenti (Fragmiti, Tife, ecc.);
4. Sistemi multistadio (combinazioni delle tre classi precedenti tra loro o con interventi a bassa tecnologia come, ad esempio, i lagunaggi o i filtri a sabbia).

I sistemi a macrofite radicate emergenti possono subire una ulteriore classificazione dipendente dal cammino idraulico delle acque reflue:

• Sistemi a flusso superficiale (FWS: Free Water System);
• Sistemi a flusso sommerso orizzontale (SFS-h o HF: Subsurface Flow System - horizontal);
• Sistemi a flusso sommerso verticale (SFS-v o VF: Subsurface Flow System - vertical).

Per approfondimenti: TESTI CONSIGLIATI