Studio Associato di Ingegneria Ambientale di Guido Scarano ed Alessandro Scoccia
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Sistemi di trattamento innovativi


1. Introduzione
La fitodepurazione è un sistema naturale di disinquinamento delle acque basato sul principio della autodepurazione che avviene negli ambienti acquatici e umidi. Questo sistema, conosciuto sin dall’antichità, si è diffuso negli ultimi anni come una vera e propria tecnica di depurazione delle acque inquinate grazie ai minori costi di costruzione e di manutenzione e alla maggiore affidabilità di funzionamento rispetto ai depuratori tradizionali. La principale controindicazione di tale tecnica risiede nella elevata estensione di superficie necessaria per consentire agli agenti attivi del letto di fitodepurazione (substrato inerte, piante, microrganismi) di eseguire i processi fisici, chimici e biologici che causano la rimozione delle sostanze inquinanti dalle acque. Recentemente si è sviluppata la tendenza ad utilizzare la fitodepurazione per il trattamento terziario di affinamento dell’effluente da un trattamento secondario (tipicamente) biologico che, operando una prima rimozione delle sostanze inquinanti, riduce di fatto l’esigenza di superficie. Il sistema innovativo per il trattamento degli scarichi aziendali descritto nella presente relazione rientra in questa categoria di impianti. Nella relazione è altresì descritta una soluzione alternativa da adottare laddove, nonostante la minore richiesta, non è reperibile la superficie necessaria per la realizzazione del letto di fitodepurazione.

1.1 Configurazione del sistema
Le unità operative del sistema, i relativi componenti impiantistici e il tipo di trattamento operato sono specificati nella tabella 1 sottostante.


Tali componenti saranno illustrati in ogni dettaglio costruttivo e funzionale nel prosieguo della relazione. In quanto segue, vengono anticipate alcune considerazioni intese soltanto a valutare in via generale la funzionalità del sistema in tutti i suoi possibili settori di applicazione.
Il trattamento primario (o preliminare) delle acque di scarico è operato da uno dei componenti impiantistici elencati in tabella con la funzione di ridurre entro limiti accettabili tutte le sostanze ostruenti (solidi sospesi) o inibenti della attività batterica (oli e grassi) e in alcuni casi (fossa Imhoff) con il contestuale compito di stabilizzare per via biologica il fango rimosso. La scelta del componente più idoneo a tale funzione dipende ovviamente dal tipo di liquame da trattare.
Il trattamento secondario dell’acqua defluente dall’unità di pretrattamento è operato dal bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica con la precipua funzione di rimuovere una frazione consistente del carico inquinante delle acque al fine di ridurre drasticamente la superficie da destinare al letto di fitodepurazione (il filtro biologico viene in genere dimensionato per una rimozione dell’ 80 % del carico organico da cui consegue una riduzione della superficie del letto fino a 1/5 di quella altrimenti necessaria). Al contempo, con la propria capacità di accumulo, il bacino provvede ad assorbire i picchi di scarico equalizzando nell’arco delle 24 ore giornaliere (o anche di più giorni) la portata di adduzione dell’acqua al letto di fitodepurazione.
Il trattamento terziario di finitura dell’acqua rilanciata dal bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica è operato da un impianto di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale che viene preferito a quello verticale per la maggiore semplicità ed economicità di costruzione e di manutenzione (per quanto l’impiego di un impianto a flusso verticale non può essere escluso soprattutto nelle applicazioni che richiedono particolari efficienze di rimozione dei nutrienti). Nel sistema integrato, grazie all’apporto del bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica, il fitodepuratore opera con una alta efficienza depurativa essendo alimentato con un’acqua che, rispetto a quella di scarico, è meno inquinata, più biodegradabile (soprattutto riguardo alla frazione solida), iperossigenata, equalizzata temporalmente e distribuita uniformemente lungo il letto.

1.2 Campo di applicazione

Stanti le sue peculiarità, il sistema risulta appropriato per la depurazione dei seguenti scarichi:

- acque reflue urbane (comuni, frazioni comunali), domestiche (centri residenziali, insediamenti abitativi, case isolate) e assimilate alle domestiche ai sensi dell’art. 2 del DPR 19 ottobre 2011, n. 227 (alberghi, ristoranti, campeggi, scuole, ospedali, case di cura, fabbriche, cantieri, ecc.) laddove sia richiesta un’acqua depurata di elevata qualità a fini di riuso o a causa di limiti di emissione particolarmente restrittivi;
- acque reflue di aziende agroalimentari (cantine, birrerie, distillerie, caseifici, salumifici, conservifici, pastifici, ecc.) e di allevamenti zootecnici i cui parametri di inquinamento fisico, organico e/o da nutrienti sono talmente elevati da non essere riconducibili entro i limiti normativi di emissione mediante un solo stadio di depurazione biologica;
- acque reflue di attività industriali (lavanderie, jeanserie, aziende farmaceutiche, ecc.) e di altra natura (per es. il percolato da discariche di RSU) che, seppur biodegradabili, contengono sostanze inquinanti la cui rimozione necessita di un appropriato trattamento di finitura.

La maggiore rapidità e semplicità di realizzazione del depuratore si traduce, in ultima analisi, in una consistente economia dei costi di costruzione soprattutto nelle installazioni in Paesi esteri.

2. Descrizione del sistema

A parte le attrezzature metalliche installate fuori terra (griglia statica autopulente, filtro a coclea) gli altri componenti delle unità di trattamento primario e secondario (fossa Imhoff, separatore di grassi, bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica) vengono confinati in strutture in muratura generalmente interrate. Laddove non siano già disponibili presso il destinatario del sistema, tali strutture vengono realizzate con l’impiego delle vasche monoblocco prefabbricate in cemento armato vibrato comprese nella serie descritta nell’annesso A del presente sito. La serie comprende vasche circolari di capacità fino a 9800 l e rettangolari di capacità fino a 52100 l che possono essere internamente compartimentate tramite setti divisori. Nelle vasche interrate, viene assicurata in ogni modo sia la ispezionabilità degli ambienti interni sia la transitabilità del terreno sovrastante. Infatti, le vasche sono accessoriate con solai di copertura oppure con strutture di rialzo e di copertura carrabile o pedonale, anch’esse prefabbricate in soluzione monoblocco, su cui sono praticate aperture di ispezione munite di chiusini in ghisa di classe adeguata.
Tutte le vasche utilizzate sono realizzate a getto in soluzione monoblocco con l’impiego di cemento e ferro controllati in stabilimento e quindi forniscono la massima garanzia di tenuta idraulica e stabilità strutturale a protezione del terreno circostante e delle eventuali falde.


Premesso quanto sopra, nel testo che segue vengono descritte le caratteristiche costruttive e le modalità di funzionamento delle tre unità operative del sistema preannunciate nella tabella 1.

2.1 Unità di trattamento primario
Il componente impiantistico preposto al trattamento primario (o preliminare) delle acque di scarico deve essere scelto in funzione del tipo di liquame da depurare e deve essere dimensionato in base ai dati di scarico (portata idraulica e parametri di inquinamento) per ogni installazione.

Fossa Imhoff
La fossa Imhoff viene impiegata pressoché esclusivamente per il pretrattamento delle acque di fognatura con la funzione di sedimentatore primario e digestore anaerobico del fango sedimentato.


La fossa può essere realizzata in un comparto di una vasca suddivisa tramite setti divisori interni o in una vasca dedicata conformata e attrezzata come segue. Per le utenze minori vengono impiegate vasche circolari accessoriate con un singolo canale longitudinale realizzato con lamiere di acciaio inossidabile che separano, secondo la configurazione tipica delle fosse Imhoff, il comparto di sedimentazione dei liquami dal sottostante comparto di accumulo, ispessimento e digestione anaerobica del fango sedimentato. Per le utenze maggiori vengono impiegate vasche rettangolari accessoriate con due canali paralleli di sedimentazione conformate con gli stessi criteri.
Le fosse Imhoff impiegate nel sistema 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:

- le peculiarità di tenuta idraulica e resistenza strutturale delle vasche impiegate ottempera 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 …”.

Così conformate e attrezzate, le fosse Imhoff impiegate nel sistema sono dimensionate secondo i parametri stabiliti dalla sopracitata norma per il comparto di sedimentazione (40 - 50 litri per utente) e per quello di digestione (100 - 120 litri per utente). Dimensionate in tal modo, le fosse rimuovono dalle acque di scarico la totalità dei solidi sospesi sedimentabili (70 % di quelli totali nel caso di acque reflue domestiche) unitamente ad una frazione del carico organico (30 % del BOD5). Il fango sedimentato, ispessito e stabilizzato e quindi conferibile ad un centro di trattamento (disidratazione) deve essere spurgato due volte all’anno.

Separatore di grassi

I separatori di grassi sono disciplinati dalle norme UNI EN 1825-1 e UNI EN 1825-2. Quest’ultima in particolare dispone che i separatori devono essere utilizzati ogni qualvolta necessario per rimuovere i grassi e gli oli di origine vegetale e animale dalle acque reflue di processo (cioè esclusi gli scarichi degli eventuali servizi igienici) delle seguenti attività: cucine per ristorazione collettiva (ristoranti, alberghi, mense, ecc.); impianti di lavorazione carni (macellerie, salumifici, mattatoi, ecc.); altri impianti (saponifici, raffinerie di oli vegetali, margarinifici, pastifici ecc.).
I degrassatori possono essere ricavati in un comparto di una vasca suddivisa tramite setti divisori interni oppure realizzati con una vasca dedicata. In quest’ultimo caso, vengono normalmente impiegate vasche circolari, attrezzate con deflettori di entrata e uscita in lamiera di acciaio inossidabile, in grado di favorire la risalita delle sostanze leggere (oli e grassi) e di trattenere lo strato galleggiante che deve essere periodicamente rimosso.


La dimensione nominale del separatore per le sopradette applicazioni devono essere determinate per ogni singola installazione utilizzando la metodologia di calcolo riportata al punto 6 e all’appendice A della UNI EN 1825-2. Tale dimensione è certificata dal costruttore sulla base delle risultanze delle prove effettuate da un Istituto accreditato secondo le modalità e tramite le attrezzature previste dal punto 8.5.1 della UNI EN 1825-1. Così conformati e dimensionati, nelle condizioni di carico compatibili con le dimensioni nominali certificate dal costruttore, i separatori impiegati nel sistema sono in grado di ridurre il contenuto di grassi residui nell’acqua trattata al di sotto di 20 mg/l.

Griglia statica autopulente

La griglia statica autopulente viene impiegata per rimuovere dalle acque di scarico i corpi solidi di dimensioni non inferiori a 1 mm filtrabili per gravità.


Il dispositivo utilizzato a tal fine nel sistema è una griglia di nuova generazione che si sta diffondendo negli ultimi anni per le sue prerogative di semplicità e di efficienza. La griglia è completamente realizzata in lamiera di acciaio inossidabile ed è costituita da una superficie filtrante inclinata incassata in una struttura di sostegno. Tale superficie è composta in senso longitudinale da tre settori di cui quello superiore è inclinato di 75°, quello intermedio di 60° e quello inferiore di 45°. I settori sono realizzati con l’impiego di una serie di doghe trasversali con sezione a profilo triangolare isoscele, base 2,5 mm, altezza 5 mm, distanziate di 1 mm che rappresenta la luce di passaggio della griglia.
La superficie filtrante è dimensionata in misura tale da conseguire un’area adeguata alla portata di alimentazione della griglia. La struttura di sostegno della superficie filtrante è conformata in modo da realizzare le costole laterali della griglia, il plenum posteriore di raccolta e deflusso dell’acqua in entrata e il plenum inferiore di raccolta e deflusso dell’acqua filtrata con relativo innesto alla tubazione di scarico. Sulla parete posteriore della struttura è praticata un’apertura rettangolare che consente l’accesso alla superficie filtrante per le operazioni di controlavaggio.
Sulla stessa parete è innestato un tronchetto di tubo con relativo tappo per le operazioni di pulizia del plenum di entrata dell’acqua. La griglia viene installata fuori terra, preferibilmente appoggiata sul solaio di copertura del bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica, ed è collegata in entrata alla condotta di adduzione delle acque di scarico (tipicamente costituita da una tubazione di mandata di una pompa di sollevamento) e in uscita alla condotta di deflusso dell’acqua filtrata nel detto bacino.
La griglia è accessoriata con una bacinella di raccolta del materiale grigliato posizionata alla estremità inferiore della superficie filtrante. La bacinella è munita di falso fondo forato per il drenaggio dell’acqua di sgrondo ed è alloggiata in una seconda vaschetta cieca su cui è innestata la tubazione di scarico dell’acqua. I due contenitori sono realizzati in acciaio inossidabile e sono conformati in modo da agevolare l’estrazione della bacinella per lo smaltimento del materiale.

Così conformata, la griglia funziona nel seguente modo. L’acqua di scarico rilanciata dal bacino di raccolta si immette nel plenum di entrata della griglia da cui tracima sulla superficie filtrante defluendo longitudinalmente grazie alla inclinazione della superficie e alle costole laterali di contenimento del flusso. Nel ruscellamento dell’acqua lungo la superficie, i corpi solidi di dimensione superiore a 1 mm vengono trattenuti dalle doghe trasversali mentre l’acqua passa attraverso gli interspazi e si raccoglie nel plenum sottostante da cui defluisce nel tubo di scarico. Al contempo l’acqua esercita una azione di dilavamento che trascina i materiali trattenuti verso il bordo inferiore della griglia che di fatto si autopulisce. Tali materiali, unitamente ad un flusso residuo di acqua bypassata, confluiscono nella bacinella di raccolta che trattiene i solidi mentre l’acqua drena attraverso il fondo forato nella vaschetta sottostante e da questa defluisce nella tubazione di scarico ad essa collegata.
Da quanto sopra si evince che la griglia può funzionare in maniera ottimale se la portata di deflusso dell’acqua lungo la superficie filtrante è sufficientemente elevata per sostenere il processo di dilavamento del materiale trattenuto dalle doghe ma allo stesso tempo non è eccessiva per evitare che parte dell’acqua defluente sfiori dalla griglia con il materiale grigliato.
La griglia statica autopulente richiede sostanzialmente due operazioni di manutenzione periodica: la rimozione del materiale grigliato e la pulizia della superficie filtrante.
Quando la bacinella di raccolta è piena, il materiale grigliato deve essere rimosso per essere recuperato ove possibile (comenel caso del trattamento delle acque di scarico delle cantine dove il materiale grigliato viene aggiunto alle vinacce) o accumulato in un vano di stoccaggio provvisorio in attesa del prelievo per il conferimento al recettore finale che, ove consentito dalle norme, può essere costituito anche da un cassonetto della immondizia. Questa operazione viene effettuata estraendo la bacinella dalla vaschetta di alloggiamento a ciò facilitata dalla loro particolare conformazione.
L’intasamento progressivo degli interspazi della superficie filtrante può provocare alla lunga un aumento abnorme del flusso residuo di acqua bypassata. Quando tale aumento diventa eccessivo, la superficie filtrante deve essere ripulita dalle sostanze trattenute che non sono state trascinate dall’acqua. Questa operazione può essere effettuata per via meccanica (tramite uno spazzolone) o per via idraulica (tramite una lancia) accedendo al lato posteriore della superficie dall’apertura praticata sulla struttura di contenimento. Contestualmente deve essere ripulito il plenum di entrata dell’acqua attraverso l’apposito tronchetto di accesso.
La griglia statica autopulente (Wedge Wire Screen) stata tipologicamente messa a punto presso il Water Resources Research Laboratory di Denver, Colorado, e si sta diffondendo in tutti gli Stati Uniti dove è in corso un vasto programma di sostituzione delle tradizionali griglie con superficie filtrante a rete o a lamiera forata con quelle a doghe trasversali con profilo a cuneo sopra specificate. Ed è giust’appunto la particolare conformazione della superficie filtrante che costituisce il principale elemento di innovazione della griglia.
La sopra descritta forma a cuneo dell’interspazio fra due doghe successive provoca un fenomeno, denominato effetto Coanda, per cui i filetti fluidi della corrente defluente sulla superficie filtrante tendono a rimanere aderenti alle pareti frontali delle doghe deviando il loro flusso all’interno degli interspazi. Ciò comporta una maggiore capacità di filtrazione della griglia rispetto a quelle tradizionali.


L’acqua defluente sulla superficie filtrante attraversa gli interspazi delimitati dalle doghe disposte trasversalmente al senso del deflusso per tutta la larghezza della griglia. Ne consegue che il contatto fra ogni corpo solido trattenuto e la superficie si riduce teoricamente a due soli punti per cui viene agevolata l’azione di dilavamento dell’acqua e quindi viene ottimizzata la capacità di autopulizia della griglia. Nel contempo, i corpi solidi di minore dimensione intrappolati negli interstizi riducono gradualmente la luce di passaggio dell’acqua fra gli interspazi migliorando progressivamente la capacità di filtrazione della griglia.

Filtro a coclea

Nelle applicazioni dove non è praticabile la separazione dei solidi dai liquami per sola gravità, come ad esempio nel caso dei reflui zootecnici, nel sistema vengono impiegati i filtri in pressione. La macchina di uso più frequente è il filtro a coclea o separatore a compressione elicoidale.


Tale dispositivo è costituito da una camera di compattazione al cui interno ruota lentamente una coclea che comprime il liquame, ivi addotto in pressione, contro una gabbia filtrante. L’acqua chiarificata attraversa il filtro e si immette nella condotta di scarico mentre il fango viene compresso contro il cono di contropressione, disposto alla estremità della camera, da cui defluisce nel il collettore di scarico.
L’uso più ricorrente del filtro a coclea è nel trattamento dei reflui zootecnici. Questo specifico settore è stato oggetto di una serie di studi, effettuati negli ultimi anni dal Dipartimento di Agricoltura degli Stati Uniti, i quali hanno dimostrato che il trattamento di separazione solidi-liquido dei suddetti reflui può essere migliorato drasticamente se a monte viene operata la flocculazione chimica del liquame. I risultati più promettenti sono stati ottenuti con l’impiego, quale flocculante, di una poliacrilammide cationica (PAM) attualmente reperibile sul mercato italiano con diverse cariche in polvere oppure sotto forma di emulsione oleosa. Secondo tali risultati, la flocculazione del liquame con l’impiego della poliacrilammide aumenta l’efficienza di separazione dei solidi sospesi operata dal filtro dal 10 - 20 % al 60 - 65 % con una contestuale rimozione dello stesso ordine di grandezza dell’azoto organico e ammoniacale presente nel liquame.
Per operare la flocculazione del liquame è necessario disporre di una apparecchiatura in grado di miscelare intimamente il liquame con il flocculante addizionato con un dosaggio controllato. Un tale dispositivo (flocculatore lineare) è stato progettato dallo Studio Associato di Ingegneria Ambientale. Il flocculatore lineare consiste in un circuito tubolare da inserire lungo la mandata della pompa di alimentazione del filtro. Il circuito è dotato di un iniettore alimentato dalla pompa di dosaggio della soluzione acquosa del flocculante. Le tubazioni del circuito sono dimensionate di modo che il moto interno del liquame alla portata di progetto possegga la turbolenza sufficiente a realizzare la completa miscelazione con il flocculante.

Un prototipo del flocculatore, inserito a monte di un filtro commerciale, è stato realizzato dalla ITALMETAL di Perugia ed è stato installato presso un allevamento di suini al fine di effettuare una campagna di prove intese a verificare i risultati ottenuti dai ricercatori americani riguardo all’effetto della flocculazione chimica sulla separazione solidi-liquido dei liquami zootecnici, Le prime prove sono state effettuate impiegando un polielettrolita cationico medio in polvere commercializzato dalla Tillmanns. I risultati sono stati incoraggianti, considerato che, operando sul liquame flocculato, il filtro rimuove il 48 % dei solidi sospesi e del 50 % dell’azoto totale. Questi risultati possono essere migliorati ed avvicinarsi a quelli degli americani se sarà possibile effettuare una seconda campagna di prove con l’impiego di diverse tipologie di flocculanti in modo da selezionare i prodotti più indicati per la specifica applicazione.

2.4 Unità di trattamento secondario

Il trattamento secondario del liquame defluente dalla unità di pretrattamento è operato da un bacino di un bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica che provvede ad equalizzare il flusso di alimentazione idraulica del sistema operando contestualmente un primo stadio di depurazione biologica a biomassa adesa.

Caratteristiche costruttive

Il bacino è configurato come illustrato nella sottostante composizione grafica dove è raffigurata a solo titolo di esempio l’attrezzatura interna di una vasca monoblocco prefabbricata in cemento armato vibrato a pianta rettangolare avente una capacità 25,7 m3.



Nella vasca è installato un filtro biologico realizzato con pacchi di riempimento costituiti da moduli plastici parallelepipedici a canali esagonali incrociati di adeguata superficie specifica. I pacchi sono ripartiti in due cataste disposte alle estremità della vasca e tamponate lungo tre lati dalle pareti della vasca e nel restante lato con pannelli di plastica non aventi funzione di contrasto in quanto i pacchi sono autosostenenti.
Le cataste sono sopraelevate dal fondo sostenute da una struttura di appoggio e di rialzo realizzata con travetti metallici.
Sul fondo della vasca sono installati due aeratori di profondità a bolle fini (uno per ogni catasta) che provvedono ad ossigenare i pacchi di riempimento tramite un flusso d’aria ascensionale. Ciascun aeratore è costituito da una pompa sommersa, del tipo centrifuga con girante multicanale aperta, dotata di mandata orizzontale su cui è montato un tubo Venturi che è collegato nella sezione ristretta di massima depressione a un tubo emerso (aspiratore dell’aria) ed è raccordato nella sezione di sbocco ad un diffusore tronco-conico (iniettore dell’aria). Gli aeratori sono dimensionati in modo da erogare nelle condizioni più svantaggiose una portata d’aria la cui resa di ossigeno è sufficiente a supportare l’attività batterica di biodegradazione delle sostanze inquinanti presenti nell’acqua addotta al filtro biologico.

Oltre agli aeratori, sul fondo della vasca sono installate tre pompe sommerse di cui due (una di servizio e l’altra di emergenza e di riserva) per il rilancio dell’acqua biofiltrata ed una per il ricircolo nello stesso bacino.
Le pompe di rilancio sono comandate due interruttori di livello uno di minima (attacca della pompa di servizio) e uno di massima (attacca della pompa di emergenza). Tutte le pompe sono del tipo con girante a vortice specifiche per la movimentazione di acque contenenti corpi solidi e filamentosi in sospensione.

Le due pompe di rilancio sono dimensionate in modo da erogare entrambe la portata oraria progettuale di svuotamento del bacino di raccolta e accumulo del percolato. La pompa di ricircolo è dimensionata in modo da erogare una portata almeno 5 volte superiore a quella di rilancio ed è priva di interruttore di livello. La linea di ricircolo è costituita da una tubazione di sollevamento raccordata ad uno o più tubazioni di mandata ad altrettanti distributori di flusso del tipo “splash-plate” costituiti da piatti metallici sagomati in maniera tale che, investiti inferiormente dal getto d’acqua, distribuiscono il flusso radialmente in modo da irrigare uniformemente le cataste sottostanti.

Modalità di funzionamento

Così conformato e attrezzato il bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica opera come segue. In uscita dalla unità di trattamento primario, l’acqua defluisce nel bacino da cui viene rilanciata al letto di fitodepurazione alla portata progettuale costante di alimentazione stabilita in fase di progetto. In eccesso di scarico rispetto al rilancio, il livello dell’acqua nel bacino si alza mentre in difetto si abbassa. Pertanto, grazie alla propria capacità di accumulo, il bacino assorbe le punte di scarico equalizzando nelle 24 ore, o anche in più giorni, l’alimentazione idraulica del letto.
L’acqua entra nel bacino in testa alle cataste che compongono il filtro biologico e da qui percola attraverso i pacchi di riempimento in controcorrente con l’aria insufflata dagli aeratori di profondità. Grazie alla conformazione a canali incrociati dei pacchi, l’acqua percolante si distribuisce su tutta la sezione trasversale del filtro lambendo le superfici esposte del corpo di riempimento. Dal fondo del bacino l’acqua percolata viene in parte ricircolata in testa alle cataste, dove viene ridistribuita su tutta la sezione trasversale ad opera dei distributori di flusso “splash plate”, ed in parte rilanciata al letto di fitodepurazione. La portata di ricircolo è almeno cinque volte superiore a quella di rilancio per cui l’acqua viene ricircolata per lungo tempo prima di essere rilanciata al letto. Peraltro, poiché la pompa di ricircolo non è comandata da interruttore di livello, l’acqua percolata viene ricircolata in continua anche quando le pompe di rilancio sono disattivate dai propri interruttori.
Nel corso delle sue escursioni, la superficie libera dell’acqua nel bacino oscilla fra il livello di minima (attacca della pompa di servizio) e quello di massima (attacca della pompa di emergenza). Stante la sopraelevazione delle cataste dal fondo della vasca e la loro altezza, con acqua al livello di minima il filtro biologico è completamente emerso e opera come filtro percolatore a ventilazione forzata mentre al livello di massima è completamente immerso e opera come biofiltro sommerso aerato. Nella situazione intermedia, che è la più ricorrente, il filtro biologico è in parte emerso e in parte immerso per cui opera contestualmente come filtro percolatore a ventilazione forzata nella parte emersa e come biofiltro sommerso aerato nella parte immersa. In ambedue i casi, le sostanze inquinanti contenute nell’acqua defluente dall’unità di trattamento primario, per lo più costituite da materie organiche carboniose disciolte e colloidali, vengono biodegradate durante il percolamento attraverso il filtro biologico ad opera di una flora batterica annidata all’interno di una pellicola adesa alle superfici esposte dei pacchi di riempimento (film biologico) a spese dell’ossigeno contenuto nell’aria che attraversa i pacchi in senso ascensionale. I microrganismi catalizzatori delle reazioni di biodegradazione tendono a moltiplicarsi ma parte di essi viene trascinata dall’acqua soprattutto nella parte emersa del filtro. Pertanto il film biologico si stabilizza ad uno spessore per cui la quantità di biomassa generata è uguale a quella trascinata.

Elementi di innovazione

L’impiego di un bacino di bilanciamento idraulico in un impianto di depurazione biologica è una prassi ormai consolidata soprattutto nel trattamento dei reflui aziendali i cui scarichi sono in genere limitati all’intervallo di lavorazione giornaliera (8 - 10 ore). L’inserimento del filtro biologico all’interno del bacino idraulico rende di fatto superflua la realizzazione di una vasca dedicata al solo bilanciamento. Ciò comporta una riduzione consistente degli oneri complessivi di costruzione dell’impianto, soprattutto nelle applicazioni al trattamento degli scarichi di piccole aziende.
Al vantaggio economico si aggiunge quello derivante dalle prevedibili prestazioni del filtro biologico. Operando contestualmente come filtro percolatore a ventilazione forzata e/o come biofiltro sommerso aerato con le modalità sopra descritte, il filtro biologico installato nel bacino di bilanciamento idraulico presenta i pregi dell’una e dell’altra tecnica senza soffrirne i difetti. Tutto ciò si evince dalle seguenti considerazioni.

a)  Stanti le prevedibili escursioni del livello dell’acqua nel bacino, il filtro risulta prevalentemente almeno in parte sommerso per cui la sua efficienza di rimozione delle materie organiche carboniose (BOD5, COD) è comparabile con quella dei biofiltri sommersi aerati che è una delle più elevate fra i depuratori a biomassa adesa.
b)  L’aerazione contro corrente dell’acqua percolante e il suo vigoroso ricircolo comportano una azione di strippaggio degli inquinanti volatili, quale ad esempio l’azoto ammoniacale ed alcuni composti organici volatili, e per di più l’acqua biofiltrata risulta abbondantemente ossigenata.
c)  Ogni qualvolta il filtro emerge dalla superficie libera, l’acqua percolante esercita una forza di trascinamento in grado di rimuovere la pellicola biologica in eccesso per cui la sua capacità autopulente è comparabile con quella dei filtri percolatori.
d)  Poiché la cinetica delle reazioni microbiologiche che avvengono nella pellicola è quella tipica di tutti i depuratori a biomassa adesa è prevedibile che la produzione specifica del fango biologico di supero sia in ogni caso abbastanza contenuta quale che sia la tipologia delle applicazioni in cui il sistema di trattamento viene impiegato.
L’abbinamento del bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica con l’impianto di fitodepurazione comporta ulteriori vantaggi derivanti dal minore impegno di superficie per la realizzazione del fitodepuratore (il filtro biologico viene in genere dimensionato per una rimozione del 70 - 80 % del carico organico da cui consegue una riduzione della superficie del letto di fitodepurazione fino ad 1/5 di quella altrimenti necessaria) e dalle maggiori prestazioni depurative dovute allo stato di ossigenazione dell’acqua e di biodegradabilità delle particelle solide ivi contenute.
In considerazione delle sue peculiarità costruttive e funzionali, non riscontrabili nei depuratori a biomassa adesa attualmente reperibili sul mercato, il bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica così come sopra descritto è stato oggetto di domanda di brevetto per invenzione industriale presentata dallo Studio Associato di Ingegneria Ambientale all’Ufficio Brevetti della Camera di Commercio di Perugia.

2.5 Unità di trattamento terziario.

Il trattamento terziario di finitura dell’acqua rilanciata dal bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica è operato da un impianto di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale che viene preferito a quello verticale per la maggiore semplicità ed economicità di costruzione e di manutenzione, per quanto l’impiego di un impianto a flusso verticale non può essere escluso soprattutto nelle applicazioni come quella in esame dove, stanti le elevate concentrazioni dell’azoto e del fosforo, sono richieste particolari efficienze di rimozione dei nutrienti.

Caratteristiche costruttive

In via generale, l’impianto di fitodepurazione è costituito da un invaso ricavato sul terreno, naturalmente impermeabile o impermeabilizzato artificialmente, con il fondo in leggera pendenza. All’interno dell’invaso è realizzato un letto di materiali inerti (mezzo filtrante) idoneo a supportare la crescita di piante idrofite emergenti (tipicamente cannuccia di palude) e al contempo caratterizzato da una conducibilità idraulica tale da assicurare il deflusso orizzontale subsuperficiale dell’acqua. Tutto ciò si evince dal sottostante schema che raffigura una possibile soluzione costruttiva di un impianto di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale.


L’impianto è completato dalla condotta superficiale di entrata e distribuzione dell’acqua da depurare e dal collettore di fondo per la raccolta e l’uscita dell’acqua fitodepurata. Tale collettore è collegato con un pozzetto esterno che è equipaggiato con un dispositivo di regolazione del livello dell’acqua nel letto ed è a sua volta collegato con la condotta di scarico dell’acqua depurata nel corpo recettore terminale.
L’invaso del fitodepuratore, correntemente impiegato nel sistema di trattamento in esame, ha dimensioni (larghezza x lunghezza) da determinare, per ogni applicazione, sulla base dei criteri di dimensionamento di seguito descritti. Il fondo dell’invaso possiede una pendenza dello 0,5 - 1 % e, ove non sia naturalmente impermeabile (suoli con conducibilità idraulica minore di 10- 8 m/s), viene impermeabilizzato tramite posa di teli di plastica (preferibilmente polietilene) aventi uno spessore di 0,5 - 1 mm e caratteristiche tecniche tali da risultare resistenti alla azione delle radici delle piante e dei raggi UV. Al fine di evitare eventuali danni che possono essere provocati dai materiali di riempimento del letto, il rivestimento impermeabile viene protetto con teli sovrapposti o sottoposti di tessuto non tessuto di adeguata resistenza agli strappi. Nella posa in opera, i teli impermeabili devono essere adeguatamente sistemati ed ancorati soprattutto in corrispondenza delle sponde dell’invaso che sono svasate di 30° rispetto alla verticale.
Il mezzo filtrante ha una superficie libera perfettamente in piano ed una altezza dal fondo dell’invaso di 70 cm in corrispondenza del suo lato frontale anteriore (l’altezza aumenta nel senso longitudinale del letto per via della inclinazione del fondo). A partire da tale lato, nel verso del deflusso dell’acqua, il mezzo filtrante è composto da un vespaio di entrata di lunghezza 2 - 3 m, una zona di trattamento ed un vespaio di uscita di lunghezza 1 - 2 m. I vespai di entrata e di uscita sono realizzati con ghiaione 32 - 64 mm, la zona di trattamento è coperta da uno strato superficiale di torba di 5 cm ed è realizzata con ghiaia grossa 16 - 32 mm oppure con supporti più fini (ghiaietto) ove il liquame da depurare sia poco inquinato e non ci siano rischi di intasamenti. La zona di trattamento ha una lunghezza l che, unitamente alla larghezza b, deve essere determinata per ogni applicazione del sistema in funzione della portata di rilancio dell’acqua biofiltrata e del relativo carico inquinante residuo.
Nella zona di trattamento sono trapiantate le macrofite acquatiche di cui la più utilizzata è la cannuccia di palude (phragmites australis) che viene preferita in virtù della sua capacità di trasportare ossigeno atmosferico fino in profondità del mezzo filtrante grazie ai suoi lunghi rizomi creando in tal modo delle microzone che vengono colonizzate da batteri aerobici. La cannuccia di palude è una specie erbacea perenne a rapida crescita e moltiplicazione che non richiede particolari impegni di manutenzione (le piante morte e i detriti vegetali non vengono rimossi in quanto costituiscono una lettiera in lenta decomposizione). Le piante sono accettabili dal punto di vista estetico per quanto, qualora sussistano particolari esigenze paesaggistiche, è possibile prevedere la messa a dimora di piante ornamentali lungo i bordi dell’invaso. Infine, tale specie è in grado di resistere per periodi anche lunghi senza alimentazione di refluo e per questo è particolarmente indicata per applicazioni a utenze variabili o stagionali.
Sul lato frontale anteriore è installato il distributore in pressione del flusso di acqua in entrata costituito da un tubo forato che si estende trasversalmente per tutta la larghezza del letto ed è raccordato centralmente alla tubazione di mandata delle pompe di rilancio dell’acqua dal bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica.
Sul lato frontale opposto è installato il collettore di raccolta del flusso di acqua in uscita costituito da una canaletta metallica interrata sul fondo dell’invaso che si estende trasversalmente per tutta la larghezza del letto ed è raccordata centralmente alla condotta di uscita dell’acqua fitodepurata. La canaletta è ricoperta con una griglia anch’essa metallica di spaziatura inferiore a 3 cm e quindi in grado di contenere i materiali di riempimento sovrastanti (ghiaione 32 - 64 mm). Nella posa in opera, la canaletta deve essere accuratamente saldata ai teli impermeabili onde evitare ogni possibilità di infiltrazione di acqua nel terreno sottostante.
La condotta di uscita dell’acqua dal letto si immette in un pozzetto esterno dove si raccorda con un tronco di tubo verticale la cui altezza, regolabile tramite una bocchetta avvitata sulla estremità filettata, determina il livello dell’acqua defluente nel mezzo filtrante. Il pozzetto è a sua volta collegato con la condotta di scarico al corpo recettore ed è conformato in modo da consentire agevolmente il campionamento dell’acqua depurata.

Modalità di funzionamento

L’acqua biofiltrata viene rilanciata dal bacino di bilanciamento idraulico al letto di fitodepurazione con una portata equalizzata nell’arco delle 24 ore giornaliere (o anche di più giorni) e viene distribuita uniformemente su tutto il lato frontale anteriore del letto ad opera del distributore in pressione del flusso in entrata. Grazie alla pendenza del fondo dell’invaso, l’acqua defluisce in senso longitudinale attraverso il letto filtrante e si immette dalla apposita canaletta di raccolta installata lungo il lato frontale opposto. Poiché la canaletta si estende trasversalmente per tutto il lato, anche il flusso dell’acqua in uscita risulta uniformemente distribuito per cui il moto dell’acqua all’interno del mezzo filtrante può ritenersi completamente esente da cortocircuiti idraulici. Operando sul regolatore installato nel pozzetto di uscita, il livello dell’acqua defluente attraverso il mezzo filtrante viene mantenuto al di sotto di 10 cm dalla superficie libera del letto.
I materiali di riempimento del mezzo filtrante e l’apparato radicale delle piante sviluppano una elevata superficie su cui si insediano le colonie batteriche aerobiche e anaerobiche catalizzatrici delle reazioni di biodegradazione degli inquinanti contenuti nell’acqua defluente lungo il mezzo. I batteri aerobici si generano e si sviluppano soprattutto in corrispondenza dei rizomi delle eleofite dove possono sopravvivere grazie all’ossigeno pompato dalle piante alle proprie radici.
Nel deflusso attraverso il letto filtrante, l’acqua viene depurata dalle sostanze inquinanti mediante i meccanismi di rimozione di seguito sintetizzati.

a)  I solidi sospesi vengono intrappolati negli interstizi fra i materiali di riempimento del mezzo filtrante e fra questi e le radici delle piante. Nel caso specifico in esame, i solidi, in quanto residui dell’attività batterica nel filtro biologico e nello stesso fitodepuratore, sono quasi totalmente di natura organica e quindi, una volta intrappolati, vengono biodegradati dalla flora batterica insediata negli interstizi. Da ciò si evince che, quanto meno in situazioni di basso carico organico specifico, il contenuto dei solidi sospesi nell’acqua depurata dall’impianto di fitodepurazione è talmente esiguo da non richiedere un ulteriore trattamento separativo.
b)  Il contenuto organico particolato viene rimosso contestualmente con i solidi sospesi mentre quello disciolto viene biodegradato dalla flora batterica aerobica presente nelle zone ossigenate e (in misura molto minore) da quella anaerobica presente nelle zone anossiche. In ambedue i casi, le reazioni di degradazione delle materie organiche carboniose sono catalizzate prevalentemente da una biomassa adesa alle superfici esposte del mezzo filtrante e delle radici delle piante operante in condizioni di completa sommergenza nell’acqua.
c)  Se il tempo di permanenza dell’acqua nel letto di fitodepurazione è tale da sostenere la nascita e la proliferazione dei batteri nitrificatori, l’azoto ammoniacale e l’azoto organico ammonificato vengono nitrificati nelle zone aerobiche dove tali batteri possono sopravvivere.
d)  L’alternanza di zone aerobiche e anossiche prefigura l’ambiente propizio per la nascita e la sopravvivenza dei batteri denitrificatori. Si tratta di batteri facoltativi che, in condizioni anossiche, utilizzano l’ossigeno dei nitrati generati dai batteri nitrificatori riducendo l’azoto nitrico in azoto gassoso. L’instaurarsi di una siffatta flora batterica garantisce la totale rimozione dell’azoto contenuto nell’acqua addotta al letto di fitodepurazione.
e)  Non vi sono motivi plausibili che possano giustificare una rimozione del fosforo, oltre a quella dovuta alla assimilazione batterica, che peraltro non è richiesta per l’ applicazione in esame.
f)  La fitodepurazione è in grado di rimuovere fino al 99,99 % della carica batterica dell’acqua grazie alla alternanza di condizioni aerobiche e anaerobiche a cui i microrganismi non riescono a sopravvivere. Pertanto il sistema non richiede un trattamento finale di disinfezione.

Criteri di dimensionamento

Lo schema costruttivo dell’impianto di fitodepurazione, sopra riportato, costituisce a tutti gli effetti un progetto esecutivo una volta stabilite le dimensioni del letto di fitodepurazione. Queste devono essere determinate per ogni specifica applicazione in funzione della natura e della entità del carico inquinante gravante sull’impianto. In linea di principio, stante la configurazione illustrata dallo schema, il dimensionamento del mezzo filtrante deve essere basato sui seguenti principi.

a)  L’impianto di fitodepurazione deve realizzare un ambiente idoneo per l’espletarsi di tutti i processi fisici, chimici e soprattutto biologici che siano in grado di ricondurre i parametri di inquinamento dell’acqua entro i limiti di emissione previsti dalle norme.
b)  In qualsiasi momento della vita dell’impianto, deve essere scongiurato l’affioramento dell’acqua dalla superficie libera del letto in quanto tale situazione provocherebbe l’insorgere di esalazioni maldeoranti e la proliferazione di insetti (questi effetti sarebbero in ogni caso mitigati dall’abbinamento con il bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica).
In corrispondenza della sezione trasversale di alimentazione della zona di trattamento, il mezzo filtrante ha una altezza dal fondo dell’invaso di 70 cm. Avendo prefissato un franco di 10 cm, il livello di pelo libero dell’acqua in tale sezione risulta pari a 60 cm (per inciso, la scelta di questa dimensione è giustificata dal fatto che la cannuccia di palude sviluppa le sue radici fino a 60 cm di profondità). Il livello dell’acqua sopra stimato rappresenta l’altezza della sezione trasversale bagnata di alimentazione per cui, una volta determinata l’area di tale sezione, risulta immediatamente il valore della larghezza (b) del letto di fitodepurazione.
La zona iniziale di alimentazione del mezzo filtrante è quella più esposta a possibili occlusioni e conseguenti esondazioni in quanto l’acqua ivi stazionante è nelle condizioni di massimo carico inquinante. Per limitare l’intasamento del mezzo filtrante in tale zona, le norme tecniche di letteratura raccomandano che il carico organico specifico sulla superficie trasversale non sia superiore a 200 g BOD5/m2 x giorno e il carico specifico dei solidi sospesi sulla stessa superficie non sia superiore a 120 - 150 g SS/m2/giorno. Al contempo, è opportuno che la velocità teorica orizzontale del flusso d’acqua non superi 6 - 8 m/giorno per minimizzare il trascinamento dei film biologici instaurati sulle superfici esposte dei materiali di riempimento del mezzo filtrante. Assegnati i valori giornalieri della portata idraulica, del carico organico e del carico dei solidi sospesi, dalle tre condizioni limite sopra dette risultano tre valori minimi dell’area e quindi della larghezza della sezione trasversale bagnata. Ne consegue che la larghezza del letto di fitodepurazione deve essere non inferiore al maggiore dei tre valori minimi così determinati.
Secondo i dati correnti di letteratura, la capacità depurativa di un impianto di fitodepurazione, applicato al trattamento delle acque reflue domestiche, può ritenersi adeguata se la superficie libera del letto risulta non inferiore a cinque volte il numero di abitanti equivalenti serviti dall’impianto. Assumendo un carico organico unitario di 60 g BOD5/giorno per abitante equivalente, la suddetta regola equivale a stabilire che il rapporto fra il carico organico dell’acqua di alimentazione e l’area della superficie libera del letto deve risultare non superiore a 12 g BOD5/m2 x giorno. Così espressa, la regola consente di determinare la minima superficie libera del letto di fitodepurazione in funzione del carico organico giornaliero per qualsiasi tipo di applicazione, fermo restando l’esigenza dei dovuti approfondimenti per le applicazioni al trattamento di acque reflue diverse da quelle domestiche. Il rapporto fra la superficie minima e la larghezza come sopra calcolate fornisce la lunghezza minima (l) del letto di fitodepurazione.
Il moto dell’acqua che attraversa il mezzo filtrante è regolato dalla legge di Darcy la quale, nota la conducibilità idraulica del mezzo e la portata dell’acqua per unità di superficie della sezione trasversale, consente di calcolare il gradiente idraulico ossia il rapporto fra la differenza di quota del livello liquido fra l’entrata e l’uscita e la lunghezza del mezzo. In tal modo è possibile prevedere la quota del livello liquido in uscita a cui bisogna regolare l’apposito dispositivo di controllo perché il livello in entrata sia all’incirca pari a 60 cm come stabilito da progetto. Questo calcolo deve essere eseguito con particolare cura in quanto una sottostima del gradiente idraulico, con conseguente errata disposizione del dispositivo di controllo del livello liquido in uscita, potrebbe causare l’affioramento dell’acqua in entrata con le conseguenze già citate in precedenza. Le principali incertezze del calcolo riguardano soprattutto il valore da assegnare alla conducibilità idraulica del mezzo filtrante che deve tener conto anche dell’intasamento provocato nel corso degli anni dal deposito dei solidi sospesi e, in misura maggiore, dalle formazioni biologiche che si sviluppano sulle superfici esposte dei materiali di riempimento. A riguardo, si procede secondo i suggerimenti EPA (Environmental Protection Agency) per cui il valore della conducibilità idraulica per i materiali puliti, che nel caso della ghiaia grossa 16 - 32 mm si può assumere pari a 10000 m/giorno, viene ridotto all’ 1 % nel tratto iniziale del mezzo filtrante (30 % della lunghezza) e al 10 % nel restante tratto finale. Risultano in definitiva valori della conducibilità idraulica di 100 e 1000 m/giorno che sono in linea con il range (200 - 1000 m/giorno) raccomandato dalle linee guida italiane.
Una volta determinate la larghezza e la lunghezza del letto di fitodepurazione nonché l’altezza del livello liquido in entrata e in uscita è possibile stimare il tempo di ritenzione dell’acqua nel mezzo filtrante in funzione della portata di alimentazione e della porosità del mezzo. Il valore calcolato deve risultare non inferiore al tempo di permanenza minimo (in genere 4 - 6 h) per ottenere un abbattimento del carico organico dell’acqua addotta all’impianto in grado di ricondurre il contenuto della materia organica (BOD5) entro i limiti di norma. Tale abbattimento può essere calcolato tramite l’equazione della cinetica di primo ordine che regola il processo di biodegradazione delle sostanze organiche negli impianti di fitodepurazione. Un calcolo analogo può essere effettuato per la rimozione dell’azoto qualora tale trattamento rappresenti un fattore critico nella progettazione dell’impianto.

2.6 Conclusioni

La diffusione della fitodepurazione è ancora oggi ostacolata dal timore che esalazioni maldeoranti e proliferazione di insetti possano instaurarsi nel letto filtrante. Come detto, queste manifestazioni si verificano se l’acqua affiora dalla superficie libera del letto, il che è da escludere se l’impianto è stato dimensionato correttamente. Ad ogni buon conto, nel sistema in esame, l’acqua addotta al fitodepuratore è già abbondantemente depurata e ossigenata per cui, anche nel caso di esondazioni (che comunque non devono verificarsi), non si avrebbero i succitati inconvenienti. Di converso è ormai comprovato che la fitodepurazione è una tecnica che ormai viene applicata con buon esito per la depurazione di uno svariato campo di reflui sia domestici che industriali.
L’abbinamento dell’impianto di fitodepurazione con il bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica comporta una serie di vantaggi che non si limitano alla riduzione, seppur cruciale, dell’impegno di superficie ma riguarda anche altri aspetti che possono essere così sintetizzati.

Efficienza e affidabilità di funzionamento

La filtrazione biologica e la fitodepurazione sono caratterizzate dalla presenza di flore batteriche completamente differenti e diversificate le quali, operando in sequenza, conseguono una efficienza di rimozione delle sostanze inquinanti molto elevata, in quanto combinazione di due rendimenti depurativi, e consentono di biodegradare un largo spettro di sostanze organiche a ciò coadiuvate dalla azione di strippaggio delle sostanze volatili che si accompagna a quella di biodegradazione. Peraltro, peculiarità tipica delle tecniche impiegate, il sistema integrato è dotato di elevata resistenza ai sovraccarichi organici e alla presenza di sostanze tossiche nelle acque di scarico.
Di conseguenza, i reflui caseari vengono depurati con alta affidabilità e l’effluente è di qualità superiore rispetto a quello trattato da un depuratore tradizionale, per cui può essere destinato al riuso o scaricato in corpi recettori per i quali le norme prevedono limiti di emissione molto restrittivi.

Bassi costi di realizzazione

Il sistema ha un costo di realizzazione sensibilmente inferiore a quello di un depuratore biologico tradizionale di pari potenzialità, anche in considerazione del fatto che l’impianto di fitodepurazione può essere realizzato direttamente dal committente sulla base del disegno esecutivo e della assistenza tecnica in fase di costruzione forniti dallo Studio Associato di Ingegneria Ambientale. Le prestazioni dello Studio sono erogate a corredo delle forniture del degrassatore e del bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica e non comportano oneri economici aggiuntivi.

Bassi costi di gestione

Il sistema non produce fango secondario di supero per cui gli unici oneri di smaltimento dei residui del ciclo depurativo sono quelli derivanti dallo spurgo del degrassatore. A questi bisogna aggiungere il costo per la conduzione del sistema che in realtà si riduce alla sola sorveglianza periodica da quadro delle spie di funzionamento degli elettrocomponenti (pompe, aeratori). Questi, peraltro, sono tutti sommersi per cui non sussiste il problema del rumore che nell’applicazione in esame, qualora il caseificio sia ubicato in un centro abitato, potrebbe risultare un fattore critico.

3. Sistema di trattamento alternativo

Soprattutto nel caso di aziende ubicate all’interno di un centro abitato, è possibile che la superficie richiesta per la realizzazione del letto di fitodepurazione, per quanto ridotta ad 1/5 di quella necessaria con l’impiego del solo fitodepuratore, non sia disponibile. In tale evenienza si prevede di impiegare un sistema di trattamento alternativo a quello preferenziale finora descritto.
Il sistema è costituito da un depuratore a doppio stadio biologico di cui il primo, a biomassa adesa, è operato dal bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica mentre il secondo, a biomassa sospesa, è operato da un reattore a fanghi attivi. A solo titolo indicativo, in quanto segue viene descritto l’impianto di uso più ricorrente raffigurato nei sottostanti elaborati grafici.


Il bacino di bilanciamento idraulico e filtrazione biologica è già stato descritto nei paragrafi precedenti, pertanto ila trattazione che segue è limitata al reattore a fanghi attivi. Questo è costituito dai tre bacini di ossidazione biologica, di sedimentazione secondaria e di accumulo, ispessimento e digestione anaerobica del fango biologico di supero.

3.1 Bacino di ossidazione biologica

Il bacino di ossidazione biologica è ricavato in un vano a pianta rettangolare equipaggiato con diffusori d’aria a bolle fini del tipo a disco con membrana di gomma sintetica microfessurata posizionati uniformemente sul fondo del bacino e raccordati ad un circuito di tubazioni in PVC alimentato da un gruppo compressore che comprende due soffianti (di cui una di riserva) del tipo a canale laterale bistadio a basso consumo energetico ciascuna in grado di erogare la portata d’aria la cui resa di ossigeno è sufficiente a sostenere l’attività batterica nel bacino. Le due soffianti sono collegate al circuito di distribuzione di profondità dell’aria mediante le rispettive tubazioni di mandata, munite di valvole di ritegno e di regolazione della portata, che si raccordano ad un collettore principale su cui è innestata la derivazione dell’aria di alimentazione dell’air lift preposto alla estrazione del fango dal fondo del sedimentatore secondario.
Così conformato e attrezzato, operando nella condizioni di carico del fango raccomandatiedal prospetto A.1 della norma UNI EN 12255-6 (= 0,1 kg BOD5/kg SS x giorno), il bacino di ossidazione biologica provvede a degradare le sostanze inquinanti presenti nell’acqua di scarico ad opera di una flora batterica capace di demolire sia le materie organiche carboniose che l’ammoniaca tramite ossidazione biologica del carbonio presente nelle materie organiche (ad anidride carbonica) e dell’azoto ammoniacale (ad azoto nitrico) a spese dell’ossigeno contenuto nell’aria ivi insufflata dall’aeratore di profondità. I microrganismi catalizzatori delle reazioni di biodegradazione si raccolgono in colonie batteriche (fiocchi biologici) tenuti in sospensione dall’aeratore di profondità. Assimilando le sostanze inquinanti contenute nell’acqua, i microrganismi presenti nei fiocchi proliferano per cui parte di essi (fango biologico di supero) devono essere periodicamente spurgati per mantenere costante la concentrazione dei solidi sospesi nel bacino.

3.2 Bacino di sedimentazione secondaria

Come uso corrente nei depuratori biologici di piccola potenzialità, la sedimentazione secondaria è operata da un decantatore statico a flusso ascensionale. Questo è costituito da un vano di calma ricavato all’interno della vasca contenente il bacino di ossidazione biologica tramite interposizione di un setto divisorio costruito a getto insieme con le pareti e il fondo della vasca (questo particolare è importante in quanto garantisce la tenuta idraulica del collegamento fra i bacini di ossidazione biologica e di sedimentazione secondaria che è realizzato tramite una condotta sommersa). Il bacino di sedimentazione è conformato con fondo a tramoggia inclinata di 60° ed è equipaggiato con i dispositivi tipici dei decantatori a flusso ascensionale: condotta di immissione della miscela acqua-fango, deflettore cilindrico coassiale, canaletta perimetrale di sfioro a profilo Thomson, il tutto realizzato in lamiera di acciaio inossidabile. Oltre a tali dispositivi, il bacino è provvisto di un estrattore del fango sedimentato costituito da un eiettore idropneumatico (air lift) che si raccorda alla tubazione di ricircolo nel bacino di ossidazione e a quella di spurgo nel bacino di accumulo del fango biologico di supero ambedue munite di valvola di regolazione della portata. L’air lift consiste in un tubo di acciaio zincato alimentato dalle soffianti a servizio del bacino di ossidazione biologica mediante una derivazione che si innesta in una camera di miscelazione aria-fango disposta alla estremità inferiore del tubo in corrispondenza del pozzetto di fondo della tramoggia. La derivazione dell’aria è dotata di valvola manuale di regolazione della portata e valvola automatica di intermittenza che provoca il funzionamento sincopato dell’air lift.
Così conformato e attrezzato, operando nelle condizioni progettuali del carico idraulico superficiale (= 1 m/h) e del tempo di ritenzione (= 3 h) il bacino di sedimentazione secondaria provvede a separare con la dovuta efficienza l’acqua dai fiocchi di fango presenti nella miscela acqua-fango defluente dal bacino di ossidazione biologica. I fiocchi si depositano sul fondo della vasca mentre l’acqua chiarificata surnatante fuoriesce dal bacino. Il fango sedimentato viene estratto in modo intermittente dall’air lift che provvede a ricircolarlo in testa al bacino di ossidazione biologica (il funzionamento sincopato dell’estrattore consente di scongiurarne ogni possibilità di intasamento).

3.3 Bacino di accumulo del fango di supero

Il bacino di accumulo, ispessimento e digestione anaerobica del fango biologico di supero è alimentato dal tubo di spurgo del fango sedimentato e comunica per troppo pieno con il contiguo bacino di ossidazione biologica attraverso una apertura praticata sul bordo superiore della parete di confine. In condizioni di esercizio, la valvola di ricircolo viene tenuta aperta e quella di spurgo chiusa. Periodicamente, un campione di miscela di acqua e fango biologico deve essere prelevato dal bacino di ossidazione e lasciato decantare per 30 minuti in un cono Imhoff. Quando l’esame visivo del cono evidenzia un eccesso di fango, occorre provvedere alla estrazione di una parte del fango dal bacino di ossidazione in modo da mantenere costante la concentrazione dei solidi sospesi. Questa operazione si effettua chiudendo la valvola di ricircolo e aprendo quella di spurgo per un certo periodo di tempo. Il fango conferito al bacino di accumulo si deposita sul fondo mentre il surnatante tracima nel bacino di ossidazione attraverso l’apertura di comunicazione. Quando il fango si approssima alla superficie libera, il bacino deve essere svuotato tramite autospurgo. Nell’intervallo fra due prelievi, il fango accumulato viene digerito anaerobicamente per cui perde una parte della frazione volatile dei solidi sospesi che viene rimossa sotto forma di emissioni gassose (metano, anidride carbonica.) ed inoltre subisce un ulteriore ispessimento per compressione degli strati inferiori per cui, all’atto del prelievo, il fango risulta ampiamente ispessito e stabilizzato.

3.4 Conclusioni

L’impiego di un reattore biologico a fanghi attivi quale trattamento terziario in luogo dell’impianto di fitodepurazione comporta costi di realizzazione superiori e anche maggiori costi di gestione per via dell’onere di smaltimento del fango di supero. Tuttavia, le prestazioni del sistema alternativo non sono inferiori trattandosi pur sempre di un depuratore a doppio stadio le cui peculiarità di elevata efficienza depurativa e di resistenza ai sovraccarichi organici e alla presenza di sostanze tossiche nelle acque di scarico sono del tutto comparabili a quelle del sistema preferenziale.

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