Drenaggio e depurazione | Le tecniche

Gestione delle acque per prevenire il rischio idraulico

Prevenire il rischio idraulico è uno dei principali obiettivi della gestione sostenibile delle risorse idriche in ambito urbano e una delle azioni principali per ridurre ed evitare i fenomeni connessi ai cambiamenti climatici.

Prevenire il rischio idraulico. È questo uno dei principali obiettivi della gestione sostenibile delle risorse idriche in ambito urbano e una delle azioni principali per ridurre ed evitare i fenomeni connessi ai cambiamenti climatici. Anche in questo settore le tecnologie non mancano, così come non mancano le esperienze positive che, prima all’estero e poi in Italia (qui da noi un po’ lentamente, per la verità), si stanno affermando.

Sistema di fitodepurazione a flusso libero superficiale a Dicomano in provincia di Firenze (foto Iridra, Firenze).

Sistema di fitodepurazione a flusso libero superficiale a Dicomano in provincia di Firenze (foto Iridra, Firenze).

Tra i sistemi oggi esistenti per prevenire il rischio idraulico vi sono quelli che vanno sotto il nome di «sistemi di drenaggio urbano sostenibile» (in sigla, Suds), che hanno lo scopo di gestire le acque di pioggia per evitarne l’immissione in fogna. Pur per concentrazioni modeste, tali sistemi sono anche in grado di trattare le sostanze inquinanti presenti nell’acqua; in alcuni casi possono anche prevedere l’accumulo e il riuso delle acque di pioggia. Sotto la voce «sistemi di drenaggio urbano sostenibile», sono ricompresi alcuni sottosistemi: le aree di ritenzione vegetate, i canali filtranti, i filtri a sabbia sotterranei, le trincee filtranti, i pond e i rain garden.

Vi sono poi i «sistemi di depurazione naturale» >>, che si applicano a diversi tipi di scarichi civili o industriali. In genere, vengono utilizzati solo per le acque meteoriche contaminate dalla presenza di strade con traffico rilevante o di parcheggi urbani di grandi dimensioni. Sotto questa voce, troviamo i sistemi di filtrazione estensivi, i sistemi di fitodepurazione a flusso libero superficiale, a flusso libero orizzontale, a flusso sommerso verticale e i sistemi ibridi. Un caso particolare di questa seconda famiglia è rappresentato dai sistemi multistadio per Cso (Combined sewer overflow) >>, ovvero gli sfioratori di pioggia delle reti miste. Si tratta di sistemi di fitodepurazione pensati per trattare gli scarichi delle reti miste che si attivano in occasione delle piogge. Sono un’applicazione piuttosto innovativa (in Italia ne esiste uno solo, in Lombardia, oggetto di un monitoraggio attraverso un progetto europeo). I sistemi e le tecniche che vengono presentati sono il frutto del lavoro condotto da più soggetti (la società di ricerche Ambiente Italia, le Università di Udine e Bologna, l’Università Verde di Bologna, la regione Emilia-Romagna e la società Iridra di Firenze) all’interno del progetto Wataclic (Water against climate change), un progetto Life europeo, che aveva lo scopo di far conoscere sull’intero territorio nazionale i nuovi approcci per un minore impatto ambientale sugli scarichi urbani e le tecniche innovative per l’uso razionale delle risorse idriche (per maggiori informazioni, www.wataclic.eu >>).

Una realizzazione con sistemi multistadio Cso con filtri verticali a Gorla maggiore vicino a Varese (foto Iridra, Firenze).

Una realizzazione con sistemi multistadio Cso con filtri verticali a Gorla maggiore vicino a Varese (foto Iridra, Firenze).

Il quadro che se ne ricava (vedi le tabelle relative al riuso delle acque e del confronto tra le diverse tecniche e la loro comparazione in relazione ad alcuni indicatori) dimostra la gamma di possibilità di intervento oggi esistenti, ancora purtroppo poco conosciute e ancor meno applicate. In questo articolo non sono descritte tutte le tecniche esistenti riportate nella tabella: alcune di queste infatti sono già state trattate in un precedente articolo >>, altre invece non vengono prese in considerazione perché da tempo sono entrate a far parte della cultura tecnica odierna come i tetti verdi, i pavimenti permeabili, gli impianti disoleatori e le vasche di prima pioggia.

I sistemi di drenaggio urbano sostenibile (suds). Le aree di ritenzione vegetate sono superfici artificiali a verde, adatte a raccogliere, trattare e infiltrare le acque meteoriche drenate da una superficie impermeabilizzata (piazzali, tetti, parcheggi) di dimensioni ridotte (meno di 2 ettari). Trovano applicazione lungo i margini delle carreggiate stradali, all’interno di parcheggi o per soluzioni al servizio di singoli edifici e possono essere facilmente inserite all’interno del tessuto urbano. Sono sistemi costituiti da una fascia con copertura erbosa disposta tra la superficie drenata e la zona di ristagno (un’area, quest’ultima, avvallata e vegetata, nella quale si ha il ristagno temporaneo delle acque meteoriche), un medium filtrante, vale a dire un sistema di drenaggio disposto sul fondo. Le acque di dilavamento, tramite il deflusso superficiale, sono convogliate all’area di ritenzione vegetata. La fascia con la copertura erbosa svolge un’azione di filtraggio del materiale più grossolano e di rallentamento della velocità di deflusso. Nell’area di ristagno si ha un accumulo temporaneo e un’ulteriore deposizione di materiale trasportato. Lo strato di materiale organico compie una prima filtrazione delle acque meteoriche e favorisce la crescita di microrganismi, che provvedono a una degradazione della materia organica trasportata. Lo spessore di suolo vegetativo svolge la funzione di sistema di filtrazione; le particelle argillose del suolo forniscono siti per l’adsorbimento di inquinanti. La vegetazione garantisce la stabilità del suolo e partecipa all’azione di trattenimento degli inquinanti. Nei casi in cui non sia possibile l’infiltrazione nel sottosuolo, l’area di ritenzione viene impermeabilizzata; le acque che percolano vengono raccolte da un sistema di drenaggio sul fondo e inviate al sistema di collettamento delle acque meteoriche.

Le aree di ritenzione vegetata sono progettate per lavorare in modo discontinuo: devono quindi essere possibili sia lo svuotamento sia la riossigenazione fra due eventi di pioggia. Queste aree hanno un’elevata flessibilità d’uso, un ottimo inserimento ambientale, discrete rese depurative, non hanno bisogno di grande manutenzione e contribuiscono alla riduzione delle superfici impermeabili nelle zone fortemente urbanizzate. Per contro, richiedono ampie superfici e hanno una contenuta capacità di laminazione dei picchi idraulici. Per quanto riguarda la gestione e la manutenzione, necessitano di una verifica dell’integrità della superficie del letto dopo gli eventi meteorici più intesi, dell’eliminazione delle essenze infestanti e un controllo periodico (due volte l’anno) del sistema di alimentazione e di drenaggio. I benefici ambientali riguardano, grazie alla riduzione dei volumi di runoff, la ricarica della falda, il miglioramento della qualità delle acque di dilavamento e un ottimo inserimento ambientale. I canali filtranti, di norma utilizzati nelle aree urbanizzate, sono delle trincee in grado di contenere temporaneamente le acque di pioggia; acque che poi, in parte, infiltrano nel sottosuolo e, in parte, vengono convogliate verso l’uscita e fatte eventualmente affluire o alla fognatura pubblica o in un altro sistema di ritenzione o di trattamento, prima dello scarico in un corpo idrico. È una soluzione che si adatta a strade e parcheggi.

Sistema di fitodepurazione a flusso verticale, intervento a Pentolina, Siena (foto Iridra, Firenze).

Sistema di fitodepurazione a flusso verticale, intervento a Pentolina, Siena (foto Iridra, Firenze).

Le acque di pioggia drenate vengono fatto fluire, per deflusso naturale o tramite canalette, verso la trincea filtrante. La trincea viene riempita con ghiaia di granulometria fine per favorire processi di filtrazione e adsorbimento delle sostanze inquinanti dilavate durante l’evento meteorico. In superficie viene steso uno strato di terreno in modo da ottenere una superficie inerbita, mentre apposite soglie favoriscono il trattenimento delle acque meteoriche. La trincea deve essere dimensionata in modo da ottenere uno svuotamento completo entro 12-24 ore dalla fine dell’evento meteorologico. Le acque di seconda pioggia vengono smaltite dal canale una volta che, saturata la capacità di filtrazione della trincea, si instaura una componente di moto orizzontale verso le caditoie di raccolta, evitando così ogni rischio di fuoriuscite. Con opportune sezioni di smaltimento è possibile il collettamento delle acque verso il recettore finale, anche senza allacciamento alla fognatura. Con questo sistema migliora la qualità e si riducono i volumi delle acque di dilavamento, si contengono i costi e le attività di manutenzione e si contribuisce alla ricarica della falda. Per contro, il sistema ha una bassa capacità di laminazione dei picchi idraulici, una discreta possibilità di intasamento e la permeabilità del suolo sottostante deve almeno raggiungere 1,2 cm/h. Una volta all’anno occorre pulire e tagliare le specie erbacee della fascia inerbita; occorre poi fare delle ispezioni per prevenire l’intasamento del filtro e serve anche rimuovere i sedimenti accumulati.

I filtri a sabbia sotterranei sono sistemi meccanici che trovano facile applicazione nelle aree densamente urbanizzate. Possono essere inseriti lungo il margine di una superficie impermeabile, come per esempio i parcheggi. I sistemi di filtrazione detengono e trattano le acque meteoriche attraverso processi di filtrazione e adsorbimento degli inquinanti al medium di riempimento. Come mezzo filtrante viene impiegata sabbia, ma trovano applicazione anche materiali come i carboni attivi e le resine a scambio ionico (per esempio, la zeolite). I filtri a sabbia sotterranei sono generalmente costituiti da due camere: una prima camera in cui avviene la sedimentazione gravitazionale dei solidi più grossolani; una seconda in cui è contenuto il medium filtrante. Il letto filtrante ha una profondità variabile da 45 a 60 cm. Per limitarne l’intasamento è opportuno prevedere uno strato protettivo di ghiaia o di materiale geotessile permeabile. Questa seconda camera è dotata di accessi per la manutenzione e di un sistema di tubazioni di drenaggio, che raccoglie le acque filtrate. I volumi superiori a quelli di progetto del filtro vengono deviati nella camera di overflow. Attraverso la filtrazione si ha l’abbattimento dei solidi più fini, dei composti organici, della carica batterica e dei metalli. Si tratta di una soluzione tecnologica di facile inserimento nelle aree urbanizzate, efficace nella rimozione sia dei solidi sospesi e dei materiali flottanti sia degli inquinanti disciolti. Ha un facile accesso per la manutenzione e altrettanto facile è l’installazione. Per contro, il sistema necessita di un’elevata manutenzione (in particolare della camera di sedimentazione quando l’altezza dei sedimenti è superiore a 30 cm) ed è soggetta a rischio di intasamento del medium in coincidenza di elevate concentrazioni di solidi nelle acque di dilavamento. Possiede un limitato abbattimento dell’azoto. Ha un costo superiore alla tradizionale rete di raccolta, ma ha una buona qualità delle acque di dilavamento.

Sistema di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale, intervento a Isola di Polvese in provincia di Perugia (foto Iridra, Firenze).

Sistema di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale, intervento a Isola di Polvese in provincia di Perugia (foto Iridra, Firenze).

Le trincee filtranti sono costituite da scavi riempiti con materiale ghiaioso e sabbia, realizzate con lo scopo di favorire l’infiltrazione dei volumi di runoff (attraverso la superficie superiore della trincea) e la loro successiva filtrazione nel sottosuolo (attraverso i lati e il fondo della trincea). Le acque filtrate nella trincea si infiltrano nel terreno sottostante: la trincea deve essere dimensionata in modo da ottenere uno svuotamento completo dalle 12 alle 24 ore successive alla fine dell’evento di pioggia. Una trincee filtrante non ha, quindi, solo la funzione di trattenere i volumi di runoff, ma contribuisce anche al mantenimento del bilancio idrico di un sito e alla ricarica delle falde sotterranee. È sempre necessario prevedere a monte di una trincea filtrante un dispositivo in grado di effettuare il pre-trattamento delle acque di pioggia, quale per esempio un separatore di olii e grassi o un piccolo bacino di sedimentazione in entrata, al fine di evitare che l’afflusso di sedimenti e materiale grossolano causi l’intasamento della trincea. È necessario prevedere a monte della trincea la realizzazione di uno scolmatore per effettuare il by-pass dell’opera in occasione di rilevanti eventi di precipitazione. Grazie ai meccanismi di assorbimento, precipitazione, filtrazione, degradazione chimica e batterica, le trincee filtranti sono in grado di rimuovere un’ampia varietà di inquinanti dalle acque di pioggia. I vantaggi dell’adozione del sistema consistono nel miglioramento della qualità e nella riduzione dei volumi delle acque di dilavamento, nella ricarica della falda e nel contenimento dei costi di investimento e di manutenzione. Per contro, il sistema ha una capacità contenuta di laminazione dei picchi idraulici e la permeabilità del suolo sottostante deve essere almeno 1,2 cm/h. La manutenzione si limita alla pulizia e al taglio una volta all’anno delle specie erbacee presenti sulla fascia inerbita, all’ispezione per prevenire l’intasamento del filtro e alla rimozione di sedimenti accumulati e di oli e di grassi dai pretrattamenti.

I Pond sono bacini finalizzati alla ritenzione delle acque di pioggia con un livello di acqua permanente e sono utilizzati come sfioratori delle reti di raccolta delle acque meteoriche. Possono essere realizzati sia adattando una depressione naturale preesistente sia costruendo degli argini. Ad ogni evento meteorico le acque di dilavamento vengono trattenute e trattate mediante processi di sedimentazione e degradazione biologica. Dimensionando opportunamente le sponde, possono essere trattenuti temporaneamente maggiori volumi idrici all’interno dello stagno, contribuendo così anche alla laminazione delle punte idrauliche. Peculiarità e vincoli specifici del sito possono indurre particolari scelte di progetto, come la disposizione di più stagni in serie o in parallelo o la scelta di volumi permanenti ridotti. L’aerazione dello stagno può essere realizzata mediante cascatelle in modo da favorire i meccanismi di riossigenazione naturale. Riduzione e laminazione dei volumi di dilavamento, rimozione degli inquinanti, fruibilità e riqualificazione ambientale e ricreazione di habitat acquatici naturali sono i vantaggi del sistema. Per contro, richiedono superfici piuttosto elevate ed eventuali reintegri di acqua durante i periodi di siccità. Per quanto riguarda la manutenzione e la gestione, ogni sei mesi occorre rimuovere i solidi accumulati nelle strutture di ingresso e di uscita e controllare e ripristinare le zone eventualmente erose; oltre a tagliare le specie erbacee sulle sponde.

I Rain garden sono sistemi naturali mutuati dalla fitodepurazione a flusso sommerso verticale per il trattamento delle acque meteoriche dei tetti. Sono in pratica filtri a sabbia piantumati, con essenze vegetali di vario tipo, che si caratterizzano per il pregio estetico e ornamentale che ne favorisce l’inserimento nelle aree verdi di pertinenza degli edifici. Nei sistemi di filtrazione vegetati si prevede la percolazione delle acque meteoriche all’interno di un mezzo filtrante (sabbia e ghiaia), piantumato con appropriate essenze vegetali: i meccanismi depurativi che avvengono al suo interno sono sia di tipo meccanico (filtrazione) che biologici (del tutto simili a quelli che avvengono in un sistema di fitodepurazione). Il sistema viene dimensionato per assicurare la percolazione del volume di prima pioggia; può essere realizzata sia un’unica vasca che in più vasche di dimensioni più piccole, sia interrate che fuori terra (in quest’ultimo caso può richiedere però un sistema di pompaggio). La forma, le modalità realizzative, i materiali impiegati per il supporto e le essenze vegetali da inserire possono essere scelti di volta in volta, di modo che il sistema, oltre a svolgere la sua funzione impiantistica, possa essere considerato elemento di arredo di piazze o corti interne. Con l’adozione di questo sistema è possibile ridurre e ritardare i volumi di dilavamento, trattare naturalmente le acque meteoriche e garantire un ottimo inserimento ambientale; per contro, richiedono una certa disponibilità di spazio. Per quanto riguarda la gestione e la manutenzione, serve operare la verifica dell’integrità della superficie del letto dopo gli eventi meteorici più intensi, verificare due volte l’anno il sistema di alimentazione e di drenaggio e, infine, eliminare le essenze infestanti (Pietro Mezzi).

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