La fitodepurazione è un sistema di depurazione naturale delle acque reflue che riproduce il principio di autodepurazione tipico degli ambienti acquatici e delle zone umide. Per il nostro impianto (a sinistra un bellissimo disegno di Jacopo Fo della nostra idea) abbiamo pensato di realizzare un sistema ibrido formato da una vasca con sistema a flusso sommerso orizzontale (HF) e da una seconda con uno a flusso libero. Spieghiamo brevemente il loro funzionamento. Nel sistema HF la vasca è riempita con ghiaie di diverse dimensioni nelle quali si sviluppano le radici di determinate piante (macrofiti emergenti). Mentre l’acqua sporca scorre lungo il materiale di riempimento si libera delle sostanze organiche e azotate tramite l’azione di microrganismi presenti nella vasca; i metalli pesanti e il fosforo vengono invece fissati vengono fissati sulla ghiaia. Si formano inoltre delle zone ricche di ossigeno e altre prive di esso che eliminano sia i patogeni aerobi (che necessitato di ossigeno) sia quelli anaerobi (vivono in assenza di ossigeno). Il sistema FW riproduce il processo di autodepurazione delle zone umide naturali per la rimozione di organismi patogeni, solidi sospesi e sostanze nutrienti, nonché metalli pesanti e altri micro inquinanti. Le sostanze organiche e azotate sono rimosse attraverso processi biologici in condizioni ossigenate (in corrispondenza della superficie) o anossiche (senza ossigeno) (in profondità), mentre i solidi sospesi possono essere rimossi per sedimentazione e/o filtrazione attraverso le piante.

Spieghiamo più nel dettaglio questi sistemi.

Sistema HF

I sistemi a flusso sommerso orizzontale HF costituiscono una soluzione ottimale per utenze piccole e medie quando l’obiettivo è ottenere elevati abbattimenti di carico organico, di solidi sospesi e di carica batterica ma non è richiesta una ossidazione spinta delle sostanze azotate ridotte e di conseguenza un‟elevata rimozione dell’azoto.

I sistemi a flusso sommerso orizzontale HF sono bacini riempiti con materiale inerte. I riempimenti comunemente usati sono sabbia, ghiaia e pietrisco, in cui vengono piantumate specie vegetali definite macrofite radicate emergenti: le specie più diffusamente utilizzate alle nostre latitudini sono la Phragmites australis (cannuccia di palude) e la Typha latifolia (mazzasorda). I bacini vengono generalmente realizzati in scavo ed impermeabilizzati con teli di plastica (in PVC, PEAD o EPDM); più raro è il ricorso a strutture contenitive in calcestruzzo. Il materiale inerte viene mantenuto saturo e il refluo scorre al di sotto della superficie della ghiaia in senso orizzontale, evitando qualsiasi rischio igienico-sanitario legato alla produzione di aerosol o alla diffusione di insetti, rendendo questa tipologia adatta all’inserimento in ambiti urbanizzati anche come elemento di arredo delle zone a verde di pertinenza degli edifici. La presenza dell’apparato radicale delle piante contribuisce a costituire un’alternanza di zone aerobiche, anaerobiche ed anossiche, favorendo lo sviluppo di popolazioni microbiche altamente differenziate che aumentano l’efficienza depurativa nei confronti di un ampio spettro di inquinanti e la rimozione dei patogeni, metabolicamente non adattati a diverse condizioni di ossigeno. I principali meccanismi della rimozione degli inquinanti in un sistema HF sono:

  • Inquinanti organici (BOD5, COD): sedimentazione, degradazione batterica;
  • Materiali in sospensione: sedimentazione, filtrazione;
  • Metalli: precipitazione, assorbimento, scambio ionico, uptake da parte delle piante;
  • Azoto: sedimentazione, assorbimento, volatilizzazione (azoto ammoniacale), degradazione batterica (prevalentemente processi di denitrificazione); uptake da parte delle piante e della flora batterica;
  • Fosforo: precipitazione, assorbimento, uptake delle piante;
  • Patogeni: sedimentazione e filtrazione, predazione, morte naturale, effetto degli antibiotici emessi dalle piante.

 

Sistema FW

Con i sistemi a flusso libero (FW) si intende ricreare le caratteristiche idrauliche, vegetazionali, ambientali e i processi biologici propri delle zone umide naturali. Si tratta quindi di sistemi con un forte indice di naturalità, difficilmente standardizzabili sia dal punto di vista delle metodiche di dimensionamento che del design. Il design di un sistema a flusso libero deve essere elaborato caso per caso tramite un approccio multidisciplinare, in relazione alle condizioni climatiche ed edafiche del sito di intervento, oltre agli obiettivi depurativi ed alla tipologia di acqua da trattare. Elementi di dimensionamento Per i sistemi a flusso superficiale i criteri da considerare durante la progettazione sono riassunti nelle pubblicazioni di Vismara (2000) e Borin e Marchetti (1997), in cui sono sintetizzati i parametri esposti nelle principali pubblicazioni internazionali, in particolare Reed, Kadlec & Knight e USEPA. In particolare devono essere considerati i seguenti parametri progettuali: carico organico in ingresso; portata idraulica media giornaliera; profondità del bacino; rapporto tra lunghezza e larghezza del bacino; tempo di ritenzione idraulica nel sistema; rapporto fra aree piantumate e specchi d’acqua liberi (acqua profonda); configurazione del sistema (bacini in serie o in parallelo). Le piante maggiormente utilizzate nei sistemi FWS sono tipiche specie paludose come Scirpus sp., Eleocharis sp., Cyperus sp., Juncus sp., Phragmites australis, Phalaris arundinacea, Glyceria maxima e Typha sp. La maggior parte degli impianti utilizza specie singole o in combinazione con specie sommerse, che permettono la presenza di specchi d’acqua liberi. Queste zone garantiscono una maggiore aerazione del refluo consentendo una maggiore rimozione dell’azoto incrementando la nitrificazione

L’utilizzo di sistemi a flusso libero come stadio di trattamento finale può avere uno o più obiettivi diversi, dai quali dipendono anche alcune scelte di design:

  • Completamento della denitrificazione;
  • Disinfezione finale;
  • Ossigenazione del refluo, prima della sua restituzione all’ambiente;
  • Filtrazione per la rimozione dei solidi sospesi residui;
  • Assorbimento metalli pesanti; miglior inserimento ambientale;
  • Ricreazione di habitat acquatici o fluviali;
  • Completamento della depurazione ed accumulo per scopi di riutilizzo (irrigazione, servizio antincendio, etc).

 

Funzione della vegetazione

La vegetazione svolge diverse funzioni, ripartite tra le diverse componenti strutturali. La parte sommersa delle piante acquatiche esplica la duplice funzione di filtro e di supporto per la popolazione microbica. Ulteriori funzioni svolte dalla vegetazione sono la riduzione del volume del refluo attraverso l’assorbimento radicale e la traspirazione fogliare, l’assorbimento e l’asportazione di fitonutrienti e di elementi tossici, la filtrazione del refluo (Borin, Tocchetto, 2007).

 Le piante acquatiche (ad es. Phragmites spp. e Typha spp.) hanno sviluppato nel tempo particolari tessuti interni, gli aerenchimi, che consentono il trasporto dell’ossigeno dalle parti aeree alla rizosfera, garantendo l’instaurarsi di microzone aerobiche in un ambiente prevalentemente anaerobico. In questo modo è favorito lo sviluppo di diverse famiglie di microrganismi aerobi nella rizosfera ed anaerobi nell’ambiente limitrofo, dove l’ossigenazione è praticamente assente.

La contemporanea presenza di condizioni aerobiche, anaerobiche ed anossiche è fondamentale per lo sviluppo di diverse famiglie di microrganismi che consentono l’ossidazione della sostanza organica, l’ammonificazione, la nitrificazione, la denitrificazione dell’azoto. L’azione depurante della vegetazione si esplica, inoltre, per assunzione attraverso l’apparato radicale di azoto, fosforo e altri microelementi. Inoltre, intorno ai rizomi si formano dei micro-ecosistemi molto efficienti e capaci di eliminare gli elementi estranei, come ad esempio i microrganismi patogeni.

La nostra proposta

La nostra scelta di un sistema ibrido FH + FW è data da una maggiore efficienza nel depurare l’acqua nonostante il costo di realizzazione sia maggiore rispetto ai due singoli impianti.