La fitodepurazione è un sistema di depurazione naturale delle acque reflue domestiche, agricole e talvolta industriali, che riproduce il principio di autodepurazione tipico degli ambienti acquatici e delle zone umide.
Nome L'etimologia della parola (phyto = pianta) potrebbe far ritenere che siano le piante gli attori principali del processo depurativo, in realtà le piante hanno il ruolo fondamentale di creare un habitat idoneo alla crescita della flora batterica, adesa o dispersa, che poi è la vera protagonista della depurazione biologica.
A livello internazionale gli impianti di fitodepurazione vengono chiamati constructed wetlands e possono essere utilizzati o come trattamento secondario, cioè come un vero e proprio processo depurativo, a valle del trattamento primario o come trattamenti terziari a valle di impianti di depurazione tradizionali il cui effluente non raggiunge i limiti imposti dalla normativa.
Storia L'azione depurante dei sistemi lacustri era conosciuta già nei tempi antichi.
Nella Roma imperiale la Cloaca massima veniva scaricata nelle paludi Pontine al fine di sfruttarne il potere depurante.
A partire dagli anni settanta sono stati sviluppati diversi studi per la creazione di zone umide artificiali progettate espressamente per la depurazione dei reflui. In particolare nella Germania Occidentale sono stati sviluppati i sistemi sommersi a flusso superficiale.
L'utilizzo dei sistemi di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue è divenuta una scelta molto diffusa a livello mondiale.
Tipi Le tecniche di fitodepurazione possono essere classificate in base alla prevalente forma di vita delle piante acquatiche che vi vengono utilizzate: sistemi a microfite (alghe unicellulari) sistemi con macrofite (piante superiori) acquatiche galleggianti sistemi con macrofite radicate sommerse sistemi con macrofite radicate emergenti
Questi ultimi sistemi possono subire un'ulteriore classificazione dipendente dal cammino idraulico delle acque reflue: sistemi a flusso superficiale o libero (FWS - Free Water Surface) sistemi a flusso sub-superficiale o sommerso (SFS: Subsurface Flow Sistem) a sua volta suddivisi in: sistemi a flusso sommerso orizzontale (SFS-h o HF: Subsurface Flow System - horizontal) sistema a flusso sommerso verticale (SFS-v o VF: Subsurface Flow System - vertical)
I sistemi di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue domestiche più comunemente utilizzati sono quelli con macrofite radicate emergenti e tra questi quelli a flusso sommerso sono quelli che hanno avuto il maggior sviluppo poiché risultano più efficienti in quanto: il medium di crescita, nei sistemi a flusso sommerso, fornisce una maggiore superficie di contatto per i microrganismi, responsabili dei processi depurativi, rispetto ai sistemi a flusso superficiale. Quindi la risposta al trattamento è più rapida e la superficie richiesta per l'impianto è minore rispetto a quella necessaria per sistemi FWS progettati per il trattamento dello stesso tipo di reflui Nei sistemi a flusso sommerso il livello dell'acqua e l'accumulo dei detriti vegetali sulla superficie dell'impianto offrono una protezione termica maggiore che nei sistemi FWS nei sistemi a flusso sommerso il rischio dell'insorgenza di odori o dello sviluppo di insetti è molto limitato e, pertanto, l'area adibita all'impianto può essere utilizzata dal pubblico ed è possibile prevederne la dislocazione anche in prossimità di centri urbani, con un ottimale inserimento nell'ambiente circostante.
I sistemi a flusso libero sono utili per le grosse utenze e con funzioni di trattamento terziario.
Pretrattamenti Gli impianti di fitodepurazione necessitano di pretrattamenti (grigliatura, fossa Imhoff, disoleatori, etc.) al fine di rimuovere le sostanze particolate e le parti più grossolane presenti nei liquami in ingresso evitando intasamenti dei letti filtranti.
Questo pretrattamento migliora l'efficienza depurativa dell'impianto di fitodepurazione e ne allunga la vita media.
Substrato Il substrato drenante o medium di crescita deve essere realizzato in base alle caratteristiche di porosità e conducibilità idraulica che influisce sul tempo di residenza dei liquami.
Al tal fine è preferibile utilizzare ghiaia non frantumata e sabbia lavata o altri materiali equivalenti.
Il medium rappresenta il supporto su cui radicano le macrofite emergenti e proliferano le pellicole batteriche (biofilm) che innescano le trasformazioni biologiche e chimiche di base.
La vegetazione
Le piante più utilizzate in questo tipo di sistemi sono quelle denominate macrofite (piante superiori) acquatiche.
L'essenza più utilizzata in tutta Europa è il Phragmites australis, o cannuccia di palude, per il suo ruolo di pompa di ossigeno; infatti questa è un'elofita che ha la caratteristica di trasportare l'ossigeno atmosferico fino in profondità nel medium di riempimento grazie ai suoi lunghi rizomi, creando microzone ossidate che vengono colonizzate da batteri aerobici; tale attività è molto importante nei sistemi a flusso sommerso.
Nei sistemi a flusso superficiale, si possono utilizzare tutte le specie di macrofite acquatiche che ben tollerano livelli di trofia ed inquinamento elevati (Carex spp., Scirpus spp., Shoenoplectus spp., Caltha palustris, Alisma plantago-aquatica, Lythrum salicaria, Ceratophyllum demersum, Myriophyllum spicatum, ecc.)
Impermeabilizzazione del letto Il fondo dello scavo in cui dovranno essere realizzate le vasche deve essere impermeabile per evitare la percolazione in falda freatica.
Se il terreno del fondo non è naturalmente impermeabile (permeabilità ≥ 10-7 m/s), si deve procedere artificialmente.
L'impermeabilizzazione artificiale può essere effettuata con uno strato di argilla o, come succede più comunemente, con teli in vari materiali (PVC, HDPE, EPDM) di spessore idoneo.
In commercio esistono anche vasche prefabbricate in calcestruzzo o vetroresina.
Funzionamento
Sistemi a flusso superficiale I sistemi a flusso libero riproducono esattamente i meccanismi di autodepurazione delle zone umide.
Consistono in vasche o canali poco profondi (profondità generalmente limitata a poche decine di centimetri) e impermeabili con un substrato che costituisce il supporto per le radici delle piante emergenti.
La superficie dell'acqua è costantemente al di sopra del substrato e pertanto questa è sempre esposta all'atmosfera.
Il flusso dell'acqua è orizzontale e il livello dell'acqua varia in relazione alle caratteristiche del refluo in ingresso, al livello di trattamento che si intende raggiungere ed al tipo di essenze impiegate.
Essendo tali sistemi riconducibili ad un'area umida naturale hanno anche una valenza naturalistica ed ambientale. Richiedono una superficie elevata.
Fra i sistemi a flusso superficiale si annovera anche la fitodepurazione con barriere flottanti, che consente di intercettare e trattare i flussi di inquinamento direttamente all'interno di corpi idrici superficiali, siano essi naturali che artificiali. Le barriere sono installate perpendicolarmente al flusso dell'acqua, utilizzando piante galleggianti o non galleggianti, ma inserite su supporti flottanti. L'utilizzo di piante galleggianti può presentare difficoltà di realizzazione, perché non è facile trovare specie adatte, l'insediamento e la colonizzazione non sono sempre uniformi e le piante possono invadere settori non dedicati alla depurazione e disperdersi, fino a divenire pericolose infestanti del corso d'acqua. Il ricorso a piattaforme galleggianti consente di utilizzare macrofite acquatiche che non galleggiano, ma che sono specificatamente utilizzate ed efficaci per scopi depurativi. I vantaggi di questo sistema sono: gamma di scelta delle specie più ampia; uniformità di insediamento e comportamento della barriera; confinamento della vegetazione nel settore assegnato; adattamento a mutevoli profondità della lama d'acqua; versatilità gestionale. Utilizzando specie adatte, lo sviluppo delle radici delle piante può raggiungere e superare il metro di profondità. Radici profonde e fitte svolgono un importante ruolo di filtrazione fisica oltre che di assorbimento dei nutrienti e di supporto alle comunità microbiche che si sviluppano nel biofilm che le avvolge. Il folto intreccio di radici che si sviluppa sotto la lama d'acqua, inoltre, può offrire habitat idoneo a varie forme di vita acquatica. I pesci, in particolare, possono trovare rifugio, alimento e siti per la deposizione delle uova.
Sistemi a flusso sommerso Nei sistemi a flusso sommerso la superficie del refluo non è mai a contatto diretto con l'atmosfera. e pertanto si ha una buona protezione termica dei liquami nella stagione invernale.
Tali impianti sono costituiti da bacini impermeabili riempiti con il substrato permeabile, o medium di crescita.
Sulle superfici così ottenute viene effettuata la messe a dimora delle piante acquatiche.
I reflui, dopo i pretrattamenti, passano attraverso il pozzetto di controllo di monte che serve a controllare il regolare deflusso del liquido e poi attraverso un pozzetto dotato di filtri che fermano le particelle che non dovessero essere sedimentate e delle eventuali pompe di sollevamento.
Successivamente il liquido entra nel bacino di fitodepurazione che può essere a flusso orizzontale o verticale.
Le essenze impiegate per i due sistemi sono le medesime.
Il refluo, passando attraverso il filtro, subisce un processo di depurazione e le acque depurate vengono convogliate nel pozzetto di controllo di valle, in cui è posto anche un sistema a sifone per il controllo del livello nel bacino. Successivamente da lì vengono inviate al corpo ricettore.
Nel pozzetto si possono prelevare campioni di liquido per le analisi.
Per evitare l'ingresso delle acque meteoriche le vasche vengono delimitate da bordi sopraelevati di circa 10-20 cm rispetto alla superficie del terreno.
In Italia viene adottato essenzialmente il flusso orizzontale perché, anche se le rese depurative sono inferiori rispetto ai sistemi con flusso verticale, presenta rispetto a quest'ultimo minori problemi gestionali.
I due tipi di impianto, a flusso orizzontale e a flusso verticale, possono essere normalmente utilizzati accoppiati tra loro per sfruttare le capacità depurative di entrambi i sistemi, in particolare per la riduzione delle sostanze azotate.
In questo caso si parla di fitodepurazione con sistemi ibridi e sono indicati per trattare scarichi. Sistemi a flusso orizzontale In questi sistemi il flusso di acqua rimane costantemente al di sotto della superficie del substrato e scorre in senso orizzontale grazie ad una leggera pendenza del fondo del letto (non superiore 1%) ottenuta con uno strato di sabbia sottostante il manto impermeabilizzante.
In questi sistemi il livello dell'acqua si trova poco al di sotto della superficie, pertanto l'ambiente all'interno dei letti risulta essere prevalentemente anaerobico. In corrispondenza dei rizomi delle eleofite si creano delle microzone ossigenate, ben delimitate, che determinano lo sviluppo del film batterico aerobico.
L'alternanza di zone aerobiche e zone anaerobiche comporta lo sviluppo di diverse famiglie di microrganismi specializzati e scomparsa pressoché totale dei patogeni, particolarmente sensibili ai rapidi cambiamenti nel tenore di ossigeno disciolto.
La materia organica, passando attraverso la rizosfera delle macrofite, è decomposta dall'azione microbica. Le sostanze azotate sono sottoposte a processi di nitrificazione e denitrificazione. La nitrificazione è fortemente limitata dalla carenza di ossigeno e dal ridotto tempo di ritenzione idraulica, mentre la denitrificazione risulta prevalente nelle zone anaerobiche. Il fosforo e i metalli pesanti sono fissati per adsorbimento sul materiale di riempimento e assorbiti da parte delle piante.