Studio Associato di Ingegneria Ambientale di Guido Scarano ed Alessandro Scoccia
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Fosse biologiche con subdispersione per fabbricati mono-plurifamiliari

Nella terminologia corrente, le fosse biologiche comprendono le fosse settiche tradizionali e quelle tipo Imhoff. Queste tipologie di impianto vengono applicate soprattutto nei sistemi decentralizzati di trattamento degli scarichi di piccole utenze domestiche non allacciate alle fognatura comunale in cui la fossa biologica è impiegata per il pretrattamento dell’acqua di scarico a monte di un sistema di dispersione sotto la superficie del terreno (subdispersione). La serie di fosse biologiche, specificata nella tabella sottostante, comprende sette modelli di fosse settiche e altrettanti di fosse Imhoff realizzate con l’impiego delle vasche monoblocco prefabbricate in c.a.v. e relative solette di copertura descritte nell’apposita scheda riportata nell’Annesso A.

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    1. Generalità sulle fosse biologiche e sui sistemi di subdispersione
    Nella terminologia corrente, le fosse biologiche comprendono le fosse settiche tradizionali e quelle tipo Imhoff. Queste tipologie di impianto vengono quasi esclusivamente applicate alle acque reflue domestiche sia per il loro pretrattamento a monte di un sistema naturale di trattamento finale e smaltimento dell’acqua sia per i trattamenti di sedimentazione primaria delle acque di scarico e di digestione anaerobica del fango di supero operati nel ciclo depurativo di un impianto biologico. Tale applicazione viene esaminata nelle relazioni descrittive dei depuratori per le piccole comunità isolate e per i centri residenziali mentre nel presente contesto vengono analizzati i sistemi decentralizzati di trattamento degli scarichi di piccole utenze domestiche, in genere di consistenza inferiore a 50 abitanti equivalenti (AE), in cui la fossa biologica viene installata a monte di un sistema di dispersione dell’acqua pretrattata sotto la superficie del terreno (subdispersione).
    Questo sistema decentralizzato di trattamento è ritenuto dall’EPA (Insite Wastewater Treatment and Disposal Systems, Design Manual, EPA 625/1-80-012, 1980) la tecnica più affidabile per il trattamento e lo smaltimento degli scarichi di comunità isolate. Il sistema è schematizzato nel sottostante disegno e descritto dettagliatamente in quanto segue.


    Le normative regionali italiane propendono per l’utilizzazione della fossa Imhoff in luogo di quella settica tradizionale anche per utenze molto piccole (< 50 AE). In realtà, l’opinione di diversi esperti del settore, ivi compreso lo stesso Imhoff (K.R. Imhoff, Manuel de l’assainissement urban, Dunod Paris, 1970, pag. 340), è che per queste utenze sarebbe preferibile l’impiego della fossa settica tradizionale per i motivi di seguito esposti.


    1.1 Fossa settica tradizionale
    Nella sua tipica configurazione, la fossa settica tradizionale è costituita da una vasca compartimentata tramite setti divisori interni in due o tre camere. Nella fossa bicamerale, la prima camera nel senso del deflusso dell’acqua possiede un volume doppio di quello della seconda e quindi pari a 2/3 del volume totale della vasca. Nella fossa tricamerale il rapporto fra le tre camere è di 2:1:1 ossia il volume della prima camera è il doppio di quello di ciascuna delle altre due.

    Le due o tre camere comunicano fra di loro tramite aperture di troppo pieno, praticate sui setti divisori, dotate di deflettori a T per cui nel deflusso dell’acqua viene impedito il passaggio da una camera all’altra sia dei solidi sedimentati sul fondo della vasca (fango) sia delle sostanze flottanti che galleggiano sulla superficie libera dell’acqua (crosta).Gli Standard americani EPA raccomandano di realizzare la comunicazione fra le varie camere attraverso aperture trasversali praticate lungo i setti divisori ad una altezza dal fondo tale da impedire il passaggio sia del fango che della crosta.Questa soluzione comporta degli indubbi vantaggi derivanti dalla minore possibilità di intasamenti dei passaggi fra le camere e di cortocircuiti idraulici nel flusso dell’acqua nella prima camera, ma comporta al contempo una maggiore complessità costruttiva della vasca di contenimento della fossa.

    Attraversando la prima camera, i liquami vi permango per un tempo sufficiente a separare per gravità i solidi sedimentabili mentre il liquido sovrastante è soggetto a fermentazione anaerobica quanto meno limitata alla fase acida in cui parte dei solidi sospesi organici non sedimentabili vengono solubilizzati allo stato disciolto e colloidale con formazione di acido acetico ad opera di gruppi eterogenei di batteri facoltativi e anaerobici. Il fango sedimentato accumulato sul fondo della camera permane per un tempo molto più lungo per cui esso è soggetto anche alla successiva fase metanigena di fermentazione anaerobica in cui l’acido acetico e l’idrogeno si convertono in metano gassoso e anidride carbonica ad opera di differenti specie di batteri strettamente anaerobici.Le bolle di gas così originate alleggeriscono il fango sedimentato che per flottazione risale in superficie dove si forma la tipica crosta delle fosse settiche. Questa non può defluire nella seconda camera, se non in minima parte, grazie ai deflettori istallati in corrispondenza delle aperture di comunicazione. Pertanto, in ultima analisi, la fossa settica tradizionale produce un effluente sufficientemente chiarificato, per via del basso contenuto di solidi sospesi, ma altamente settico a causa dell’elevato contenuto di inquinanti di natura disciolta e colloidale.


    1.2 Fossa Imhoff
    La fossa Imhoff è tipicamente costituita da una vasca contenente due comparti. Nella parte superiore sono realizzati uno o due canali longitudinali, nel senso del flusso del liquame, avente sezione a tramoggia con le pareti di fondo inclinate di 45° verso la linea di congiunzione dove è praticata una apertura di comunicazione con il vano sottostante. Tale apertura ha una luce di 10 cm ed una delle due pareti di fondo del canale si estende per 10 cm aldilà di essa. Così conformata, la fossa Imhoff opera come segue. L’acqua di scarico entrante nella fossa defluisce lungo il canale longitudinale e fuoriesce dalla parte opposta praticamente esente dai solidi sedimentabili in quanto, nel tragitto, questi si separano per gravità e, attraversata l’apertura di comunicazione, si depositano sul fondo del vano sottostante dove si accumulano, vengono stabilizzati per digestione anaerobica e ispessiti per compressione degli strati superiori.
    Ne consegue che la fossa Imhoff, analogamente a quella settica tradizionale, esplica la duplice funzione di sedimentatore primario delle acque di scarico e di digestore anaerobico del fango sedimentato. Tuttavia essa presenta i seguenti miglioramenti.

    a) Il canale di sedimentazione costituisce di fatto una sorta di cortocircuito idraulico per cui l’acqua lo attraversa in un tempo molto ridotto che non consente lo sviluppo delle reazioni di fermentazione che avvengono nella fossa settica tradizionale. Ne consegue che l’acqua esce dalla fossa Imhoff allo stato fresco con un grado molto minore di setticità.
    b) Stante la particolare conformazione della apertura di comunicazione, le bolle di gas (metano, anidride carbonica) che si formano nel vano di digestione non riescono a penetrare nel canale di sedimentazione per cui la crosta del fango flottante si instaura nelle intercapedini fra le pareti del sedimentatore e quelle della vasca adibite alla evacuazione del gas.

    A fronte di questi indubbi vantaggi della fossa Imhoff rispetto a quella tradizionale vi sono alcuni problemi, derivanti dal suo funzionamento, di non facile soluzione fra cui il più importante è il seguente. Stanti le sue ristrette dimensioni, l’apertura di comunicazione fra i due comparti della fossa Imhoff tende ad essere intasata da corpi grossolani a meno che le acque di scarico non vengano preventivamente sottoposte ad un trattamento di grigliatura o triturazione. In mancanza di un tale pretrattamento, secondo dati di letteratura americana, l’apertura dovrebbe essere ripulita con cadenza settimanale mediante una attrezzatura di dragaggio a catena (chain drag). L’installazione di una griglia o di un trituratore ovvero la pulizia settimanale della fossa Imhoff sono del tutto improponibili per le piccole utenze domestiche a cui è rivolta la presente relazione. Ecco perché è tutt’altro che infondata l’opinione di chi preferirebbe l’impiego della fossa settica tradizionale in luogo della fossa Imhoff nelle applicazioni a utenze di limitata consistenza (< 50 AE).


    1.3 Sistema di subdispersione
    Il disegno riportato nella introduzione raffigura la tipica installazione di un sistema decentralizzato di trattamento degli scarichi di una utenza domestica o assimilata. La fossa settica è alimentata direttamente dagli scarichi dei servizi igienici mentre quelli provenienti dalla cucina vengono preventivamente degrassati tramite un separatore di grassi prima dell’immissione nella fossa (ovviamente questo schema è praticabile solo se le linee di scarico dei servizi igienici e della cucina sono separate, cosa peraltro ineludibile se si tratta di una cucina di grossa produzione come ad esempio quelle dei ristoranti). In uscita dalla fossa settica, l’acqua pretrattata viene rilanciata tramite un pozzetto di cacciata al sistema di subdispersione nel terreno costituito tipicamente da più trincee disperdenti operanti in parallelo a valle del pozzetto ripartitore del flusso.
    In linea con le raccomandazioni dell’ARPA Lombardia (Linee guida per lo scarico di acque reflue domestiche sul suolo e negli strati superficiali del sottosuolo per carichi organici < 50 AE) la trincea di dispersione consiste in uno scavo praticato nel terreno di larghezza di 40 - 50 cm e profondità 70 - 80 cm, al cui interno è posizionata la condotta disperdente costituita da una tubazione in PVC pesante, diametro 100 - 120 mm, pendenza 0,2 - 0,5%, recante inferiormente fessure perpendicolari all’asse del tubo larghe 1 - 2 cm e distanziate di 20 - 40 cm. La condotta è affogata in un vespaio di ghiaione lavato di pezzatura 40/70 separato tramite un telo di tessuto non tessuto dal sovrastante strato di terreno vegetale di riempimento.


    2. Caratteristiche tecniche delle fosse biologiche della serie

    In quanto segue vengono analizzate le caratteristiche costruttive e le modalità di funzionamento delle fosse settiche tradizionali e di quelle tipo Imhoff comprese nella serie descritta nella presente relazione, con particolare riguardo alle tipologie da impiegare nel sistema decentrato di trattamento integrato con lo smaltimento dell’acqua per subdispersione nel terreno.

    2.1 Strutture di contenimento

    Tutte le fosse della serie sono realizzate con l’impiego delle vasche monoblocco prefabbricate in cemento armato vibrato, a pianta circolare o rettangolare, le cui caratteristiche tecniche sono descritte nella specifica relazione illustrativa riportata nel presente sito. Nella posa in opera, le vasche vengono interrate a livello della condotta fognaria e ricoperte al piano di campagna mediante solai di copertura carrabile o pedonale su cui sono praticate aperture munite di chiusini in ghisa di classe adeguata e sufficienti in numero e disposizione a garantire agevolmente la possibilità di ispezione e di manutenzione delle fosse. Le vasche sono realizzate a getto in soluzione monoblocco con l’impiego di cemento e armature controllati in stabilimento per cui forniscono la massima garanzia di tenuta idraulica e di resistenza strutturale.

    2.2 Fosse settiche tradizionali

    La serie di fosse settiche tradizionali prefabbricate attualmente in produzione comprende tre tipologie di fosse circolari e quattro di fosse rettangolari in grado di trattare le acque reflue domestiche di scarico di insediamenti di consistenza fino a 170 utenti, con possibilità di arrivare a 340 utenti adottando due linee di trattamento parallele. Le dimensioni e i pesi delle sette tipologie di fosse sono specificati nella sottostante tabella mentre nei disegni riportati a pagina seguente viene evidenziata la particolare configurazione geometrica delle fosse tricamerali.



    Le fosse settiche della serie sono progettate, realizzate e certificate in conformità con gli standard americani (EPA - Conventional Septic Tank Systems) e con la norma europea in materia (IS EN 12566 - Small Wastewater Treatment Systems up to 50 PT - Part 1) e quindi posseggono gli attributi richiesti da tali norme. Secondo queste, se la fossa è realizzata a regola d’arte, è in grado di trattare le acque di scarico dei servizi igienici, dei rubinetti, ecc., ivi comprese quelle contaminate dai detergenti, con le seguenti prestazioni:

    - rimozione di almeno il 50% dei solidi sospesi la cui concentrazione nell’acqua uscente è ~ 80 mg/l;
    - degradazione microbica delle sostanze organiche con una rimozione di non più del 15 - 30 % del BOD;
    - nessuna rimozione significativa dei microrganismi.
    - riduzione consistente dell’intasamento dell’area di percolazione.

    Secondo le stesse norme, queste prestazioni possono essere conseguite se sono rispettate le seguenti condizioni:
    - non vengono conferite all’impianto acque di scarico inquinate in misura consistente da pestidi, disinfettanti, vernici, ecc.;
    - vengono escluse le acque meteoriche di dilavamento;
    - l’impianto è sootoposto a regolare manutenzione ivi compreso lo spurgo periodico del fango sedimentato.

    2.3 Fosse Imhoff

    La serie di fosse Imhoff prefabbricate attualmente in produzione comprende tre tipologie di fosse circolari e quattro di fosse rettangolari in grado di trattare le acque reflue domestiche di scarico di insediamenti di consistenza fino a 270 utenti, con possibilità di arrivare a 540 utenti adottando due linee di trattamento parallele. Le dimensioni e i pesi delle sette tipologie di fosse sono specificati nella sottostante tabella mentre nei disegni viene evidenziata la particolare configurazione geometrica delle fosse Imhoff sia circolari che rettangolari.



    Le fosse Imhoff della serie risultano (e sono certificate in tal senso) del tutto conformi alle norme tecniche generali sulla natura e consistenza degli impianti di smaltimento sul suolo e in sottosuolo di insediamenti civili di consistenza inferiore a 50 vani o a 5000 mc di cui all’allegato 5 della delibera 4 febbraio 1977 del Comitato interministeriale per la tutela delle acque. La conformità riguarda in particolare i seguenti aspetti:

    - tutte le vasche utilizzate sono realizzate a getto in soluzione monoblocco con l’impiego di cemento e ferro controllati in stabilimento e quindi, a differenza di quelle ad anelli componibili, forniscono la massima garanzia di tenuta idraulica e stabilità strutturale in ottemperanza alla prescrizione della norma che a riguardo recita testualmente “… le vasche Imhoff devono essere costruite a regola d’arte per proteggere il terreno circostante e l’eventuale falda…”;
    - la particolare conformazione a doppio canale del comparto di sedimentazione nelle fosse rettangolari assicurano il corretto deflusso del liquame, evitando ogni cortocircuito idraulico, e uniforma al massimo la distribuzione del fango sul fondo del bacino in ottemperanza alla prescrizione della norma che a riguardo recita testualmente “…le vasche Imhoff devono essere costruite a regola d’arte per permettere un idoneo attraversamento del liquame nel primo scomparto e un’idonea raccolta del fango nel secondo scomparto sottostante …”;
    - le fosse sono rigorosamente dimensionate secondo i parametri stabiliti dalla norma per il comparto di sedimentazione (40 - 50 litri per utente) e per quello di digestione (100 - 120 litri per utente) ipotizzando due spurghi all’anno.

    In virtù della suddetta conformità, le fosse della serie producono un effluente primario accettabile con una rimozione dei solidi sospesi del 40 - 60 % e una riduzione del BOD5 del 15 - 35 %, anche se risulta piuttosto modesta la rimozione della carica batterica (25 - 50 %) e dei virus (10 - 20 %).


    3. Criteri di dimensionamento del sistema di subdispersione nel terreno

    I principali componenti del sistema decentralizzato di trattamento delle acque reflue domestiche e assimilate descritto nella presente relazione sono la fossa settica, tradizionale o tipo Imhoff, e il sistema di subdispersione nel terreno dell’acqua pretrattata.

    3.1 Subirrigazione

    Il sistema di subdispersione, correntemente e impropriamente denominato subirrigazione, è alimentato da un pozzetto di cacciata installato a valle della fossa ed è composto da trincee disperdenti conformate come da particolare del disegno riportato nella introduzione.
    La fossa settica rimuove gran parte dei solidi sospesi presenti nell’acqua di scarico ma il vero trattamento depurativo si verifica nell’attraversamento del terreno di percolazione del sistema di subdispersione. Perciò è importante che questo sia dimensionato in conformità con le disposizioni dell’allegato 5 alla delibera 4 febbraio 1977 del Comitato interministeriale per la tutela delle acque. Secondo la delibera del Comitato interministeriale, lo sviluppo delle trincee disperdenti deve essere fissato in funzione della natura del terreno come specificato nella tabella sottostante.


    Per quanto attiene le dimensioni e le caratteristiche tecniche delle trincee disperdenti valgono le raccomandazioni delle norme europee e americane (I.S. CEN/TR 12566-2:2005 Small Wastewater Treatment Systems up to 50 PT - Part 2: Soil Infiltration Systems) riportate nella tabella sottostante.


    3.2 Subirrigazione drenata

    La subirrigazione drenata viene impiegata in caso di terreni impermeabili (argilla compatta). Questo sistema viene realizzato praticando nel terreno una scavo (trincea) di profondità ~ 1,2 m, larghezza superiore ~ 80 cm e inferiore ~ 60 cm. Sul fondo della trincea viene posata la condotta di scarico in PVC DN 80 fessurata superiormente con tagli distanziati di 15 - 20 cm. La condotta è affogata in un vespaio di 65 cm di ghiaione lavato 40/70 sul quale viene posata la condotta drenate in PVC DN 100 munita anch’essa di tagli ma praticati nella parte inferiore. Viene quindi realizzato un ulteriore vespaio di ghiaione, fino a ricoprire la condotta drenante di 15 cm, ricoperto con un telo di tessuto non tessuto, quindi viene ritombato il tutto con uno strato di 30 cm di terreno vegetale.
    La due condotte devono avere una lunghezza pari a 2 - 4 m/AE e pendenze non superiori a 0,5 %. La condotta di scarico deve essere più lunga della condotta drenante di almeno 5 m, per cui questa deve essere chiusa con un tappo almeno 5 m prima dell’immissione nel corpo recettore. La trincea deve essere aerata mediante apposite tubazioni in PVC DN 100 - 120 sporgenti dal piano di campagna distanziate di circa 3 m.
    A riscontro di quanto sopra, nello schema sottostante è raffigurata una tipica trincea di subirrigazione drenata come raccomandata dall’ARPAT - Dipartimento provinciale di Firenze (Linee Guida per il trattamento delle acque reflue domestiche ed assimilate in aree non servite da pubblica fognatura, Rapporto tecnico, febbraio 2005).


    Così conformato, il sistema di subirrigazione drenata opera come segue. L’acqua pretrattata dalla fossa settica defluisce nella condotta drenante da cui fuoriesce attraverso i fori inferiori e, dopo il percolamento nello strato di pietrisco, si immette nella sottostante condotta di scarico attraverso i fori superiori e quindi viene recapitata al corpo recettore. Nell’attraversamento dei vespai l’acqua si depura per via meccanica (filtrazione) e per via biologica anche grazie alle condizioni aerobiche determinate dagli aeratori. Per queste sue modalità di funzionamento la subirrigazione drenata non è un vero e proprio sistema di dispersione nel terreno ma piuttosto un depuratore naturale.

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