Fitodepurazione: introduzione

introduzione alla fitodepurazione

wetland

L’utilizzo di zone umide naturali per il trattamento di acque reflue di varia natura, origine dei sistemi di fitodepurazione , ha origini lontane nel tempo, basti pensare all’esempio dell’Agro Pontino ai tempi dell’impero romano, che rappresenta una soluzione “tradizionale” in molte parti del mondo, come ad esempio in Cina o in molti paesi africani. Molto spesso però le paludi erano utilizzate come una sorta di bacino di accumulo prima dello scarico nel corpo idrico recettore finale e non come sistemi di trattamento, ottenendo irreversibili degradazioni della loro qualità ecosistemica causate da scarichi incontrollati e non pianificati. In molteplici culture, infatti, le zone paludose sono state ritenute come malsane ed inadatte all’insediamento umano e, quindi, spesso destinate come area di discarica, in assenza di monitoraggio e controllo delle modificazioni indotte dal loro inquinamento per la scarsa attenzione del mondo scientifico a queste tematiche. Negli ultimi quaranta 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, la buona funzionalità per il controllo idrico, lo sfruttamento per attività di estrazione, l’utilizzo delle piante in esse presenti, la presenza di animali allo stato libero, la presenza di pesci ed invertebrati, il controllo dei fenomeni erosivi e di desertificazione ed 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) ed, infine, le attività educative e ricreative (Mitsch &Gosselink, 1986; Sather ed altri 1990; Whigham & Brinson, 1990).

Volendo considerare le zone umide naturali come sistemi depurativi si deve considerare l’estrema variabilità delle loro componenti funzionali, che rende virtualmente impossibile la previsione delle conseguenze dell’apporto di acque inquinate e la traslazione dei risultati da una zona geografica all’altra. 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 artificiali per il trattamento depurativo.

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 ed attività microbica sono le maggiormente efficaci (Brix, 1993).

I sistemi di trattamento di acque inquinate mediante aree umide artificiali, nel nostro paese, comunemente definiti “impianti di fitodepurazione”: sono sistemi ingegnerizzati, 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); da allora ci sono voluti oltre 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).

Nella terminologia “Sistemi di depurazione naturale” si includono svariate tecniche tradizionalmente utilizzate per il trattamento di acque reflue; tra queste, le più utilizzate, a livello internazionale, sono quelle brevemente descritte di seguito:

- Lagunaggio: sono bacini di accumulo in cui, in base al tempo di permanenza delle acque all’interno delle vasche, si ottiene una riduzione delle sostanze inquinanti per processi biologici, sedimentazione, esposizione alla radiazione solare, evaporazione, etc.; regolando la profondità delle vasca e, all’occorrenza, ricorrendo a dispositivi meccanici di aerazione, si possono ottenere ambienti aerobici e/o anaerobici; essi richiedono normalmente aree piuttosto estese e presentano problematiche relative
all’impatto visivo, olfattivo ed igienico-sanitario (Masotti, 1993; Mara, 1996);

- Impianti a Lemna: la lemna, che genericamente rappresenta più specie (come Lemna sp., Spirodela sp. e Wolffia sp.), è la più piccola e semplice pianta galleggiante utilizzata per il trattamento di depurazione di reflui. I sistemi a lemna sono bacini di accumulo la cui superficie è totalmente coperta da un manto di lemna, che induce svariati fenomeni tra cui la riduzione e prevenzione della crescita algale, la stabilizzazione del pH, il miglioramento del processo di sedimentazione ed il consumo di sostanze nutrienti; questa tipologia di trattamento è già da considerarsi come una tecnica di fitodepurazione con macrofite galleggianti. Il grado di conoscenza dell’operatività di tali impianti e, conseguentemente, l’affidabilità delle metodiche di dimensionamento, sono sufficientemente elevati; la scelta di questa tipologia dovrebbe essere sempre accompagnata da un’attenta valutazione delle problematiche di gestione della biomassa vegetale di supero, dato che la lemna ha un rapidissimo sviluppo e deve, quindi, essere periodicamente rimossa. Sono, inoltre, auspicabili le combinazioni tra impianti di trattamento delle acque ed impianti per la produzione di energia da biomasse (per combustione e cogenerazione oppure per formazione di biogas in reattori anaerobici).

- Fitodepurazione (zone umide artificiali): si identifica, come già descritto precedentemente, con il termine fitodepurazione un trattamento naturale, le cui componenti sono costituite da suolo, batteri e piante, della famiglia delle macrofite.

I sistemi di fitodepurazione, sperimentati e lungamente studiati a livello internazionale, sono classificati in base al tipo di macrofite utilizzate (galleggianti, radicate sommerse, radicate emergenti) ed alle caratteristiche del cammino idraulico delle acque reflue in:

    • FWS: i sistemi a flusso libero riproducono, quanto più fedelmente, una zona palustre naturale, dove l’acqua è a diretto contatto con l’atmosfera e generalmente poco profonda, e le essenze vegetali che vi vengono inserite appartengono ai gruppi delle elofite e delle rizofite;
    • SFS-h o HF: i sistemi a flusso sommerso orizzontale sono vassoi riempiti con materiale inerte, dove i reflui scorrono in senso orizzontale in condizioni di saturazione continua (reattori “plug-flow”) e le essenze utilizzate appartengono alle macrofite radicate emergenti;
    • SFS-v o VF: i sistemi a flusso sommerso verticale sono vassoi riempiti con materiale inerte, dove i reflui scorrono in senso verticale in condizioni di saturazione alternata (reattori “batch”) e le essenze utilizzate appartengono alle macrofite radicate emergenti.

E’ necessario precisare che tecniche quali: l’infiltrazione, la subirrigazione e la percolazione, ampiamente applicate, negli ultimi 50 anni, come trattamento di acque reflue provenienti soprattutto da piccole utenze, sono spesso da considerasi inadeguate.

Tali tecniche, in realtà, permettono di smaltire un refluo nel terreno e non di trattarlo, con il conseguente rischio di contaminazione delle acque sotterranee; infatti la loro ammissibilità ed adeguatezza dovrebbe essere verificata in base: alla conoscenza della vulnerabilità delle falde acquifere sottostanti al punto di scarico, alla morfologia dell’area ed alle caratteristiche geotecniche del suolo.