Le acque reflue non possono essere reimmesse nell'ambiente tal quali, ma occorre procedere alla loro depurazione per la rimozione dei contaminanti (organici o inorganici) con l’ausilio di trattamenti fisici (sedimentazione, filtrazione, …), chimico-fisici (neutralizzazione, ossidazione, coagulazione, flocculazione, …), biologici aerobici (a film biologico, a fanghi attivi, a biomasse miste), biologici anaerobici e biologici di tipo naturale (percolazione in terreni naturali, stagni biologici e fitodepurazione).

La fitodepurazione è un sistema di trattamento a ridotto impatto ambientale, basato principalmente su processi biologici (ma anche fisici e chimico-fisici) caratteristici degli ambienti acquatici e delle zone umide. Gli impianti di fitodepurazione sono costituiti da ambienti umidi riprodotti artificialmente in bacini impermeabilizzati, attraversati dalle acque reflue, realizzati con materiali tecnologici, ma con l’aspetto di stagni e canneti di buon inserimento ambientale grazie all’inserimento di specie vegetali tipiche delle zone umide (macrofite igrofile). Le piante e, soprattutto, le comunità microbiche che si sviluppano all’interno del sistema sono responsabili del processo depurativo.

Le prime esperienze di utilizzo di detti processi in sistemi controllati furono condotti nella metà degli anni ’50 in Germania, dove li primo impianto di fitodepurazione è stato costruito nel 1977. Successivamente la fitodepurazione è stata applicata per il trattamento delle acque reflue in Danimarca, Austria e Svizzera e nella seconda metà degli anni ’80 in Nord America e Australia.

La fitodepurazione può essere applicata a reflui di diversa tipologia (domestica, industriale, agricola, ecc.) e può essere utilizzata per il trattamento secondario e terziario dei reflui urbani.

Tipologie di fitodepurazione

In relazione al percorso idraulico del refluo, i sistemi di fitodepurazione si distinguono in (Figura 1):

• SFS-h o HF (Subsurface Flow System - horizontal o Horizontal Flow), sistemi a flusso sommerso orizzontale: sono bacini riempiti con materiale inerte, dove i reflui scorrono in senso orizzontale in condizioni di saturazione continua (reattori “plug-flow”) utilizzando macrofite radicate emergenti;
• SFS-v o VF (Subsurface Flow System - vertical o Vertical Flow), 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”) utilizzando macrofite radicate emergenti;
• FW o FWS (Free Water o Free Water Surface), sistemi a flusso libero (o superficiale): riproducono una zona palustre naturale, dove l’acqua è a diretto contatto con l’atmosfera e generalmente poco profonda con l’inserimento di idrofite e di elofite.

Le diverse tipologie di sistemi di fitodepurazione possono essere combinate con l’obiettivo di ottimizzare le rese depurative di particolari tipi di refluo (“sistemi ibridi”).

figura 1 - Tipologie di sistemi di fitodepurazione in relazione al percorso idraulico del refluo. Dall'alto al basso: flusso sommerso orizzontale, flusso sommerso verticale, flusso libero o superficiale

(Fonte: ISPRA, 2012)
 
 

La fase di pretrattamento dei reflui è indispensabile per la rimozione dei solidi sedimentabili (trattamento primario), che potrebbero interferire negativamente con il deflusso del liquame nelle vasche. A tale scopo sono frequentemente utilizzate le fosse Imhoff e le fosse settiche a più comparti.

Attualmente in Europa sono in funzione alcune decine di migliaia di impianti di fitodepurazione, la maggior parte dei quali localizzata nei paesi del Nord dove già da molti anni sono utilizzati per la riduzione dell’inquinamento proveniente da piccole e medie utenze. In Europa e in Italia sono maggiormente diffusi (più del 75%) i sistemi a flusso sommerso orizzontale e verticale, utilizzati prevalentemente per il trattamento secondario di acque reflue domestiche e civili. Tali sistemi risultano essere i più appropriati nel contesto europeo in quanto caratterizzati da: facile inserimento ambientale in aree urbane e/o periurbane; elevata efficienza depurativa anche nei mesi invernali (in relazione all’abbattimento dei solidi sospesi, del carico organico e della carica batterica), maggiore semplicità di gestione e manutenzione; assenza di problemi legati all’insorgenza di cattivi odori e alla presenza di insetti, miglior rapporto tra superficie necessaria ed efficacia di trattamento.

Per il trattamento terziario (o post-trattamento) di depuratori vi sono numerose esperienze con sistemi a flusso superficiale FWS, idonee a trattare ingenti quantità di acque con ridotto grado di inquinamento. Inoltre, la realizzazione di questi ultimi sistemi fornisce l’opportunità di ricreare habitat ideali per specie animali (piccoli anfibi, uccelli, etc.) e vegetali (idrofite ed elofite) fortemente a rischio per la progressiva scomparsa dei microhabitat adeguati alla loro riproduzione.

Tutti i sistemi di fitodepurazione devono essere isolati dal terreno circostante tramite una barriera impermeabile, al fine di impedire contaminazioni di suolo e falda, utilizzando argilla o teli resistenti allo sviluppo radicale (HDPE, LDPE o PVC).

Per i sistemi a flusso sub-superficiale il letto di radicazione è costituito da materiale inerte di ghiaia e sabbia con la funzione di supporto della vegetazione e della biomassa adesa (il biofilm, responsabile della depurazione), nonché di filtrazione meccanica e di immobilizzazione di inquinanti per adsorbimento.

Le specie vegetali utilizzate

Le Macrofite acquatiche (o igrofile) comprendono vegetali di dimensioni macroscopiche di prossimità di acque dolci superficiali (lotiche e lentiche), vi appartengono specie della vegetazione acquatica e specie pioniere di greto. Le macrofite sono costituite da fanerogame, alcune pteridofite e numerose briofite. Le specie vegetali utilizzate sono erbacee, perenni, autoctone ed adattate a crescere in suoli parzialmente o perennemente saturi d’acqua (anche eutrofizzata). In relazione all’ambiente di crescita (Tabella 1), possono essere suddivise in:

• elofite o macrofite radicate emergenti: piante terrestri adattate alla vita su suoli parzialmente o completamente saturi d’acqua (paludi e rive dei laghi). Trovano utilizzo in tutti i sistemi di fitodepurazione;
• idrofite: sono piante acquatiche perenni le cui gemme si trovano sommerse o natanti (Lemna spp, Potamogeton spp, Nymphaea), ulteriormente suddivise in:
  • pleustofite (o galleggianti): non sono ancorate al substrato e fluttuano liberamente sulla superficie dell’acqua (Lemna, Hydrocaris morsus-ranae). Sono dotate di apparato radicale esteso, efficace nella rimozione dei nutrienti per assunzione diretta, favorevole alla crescita della biomassa adesa ed all’adsorbimento delle sostanze colloidali: pertanto sono particolarmente indicate per trattamenti terziari (rimozione dei nutrienti);
  • rizofite: sono ancorate al substrato del fondo mediante il loro apparato radicale. Esse sono totalmente sommerse (idrofite sommerse) o ancorate al fondo e fluttuanti emergendo dalla superficie solo con i fiori e, talvolta, con foglie galleggianti (idrofite flottanti). L’adozione delle rizofite è scarsamente diffusa nella fitodepurazione e il loro impiego è limitato ad acque pulite ed ossigenate (essendo particolarmente sensibili alle condizioni anaerobiche) o in combinazione con piante emergenti.

Non vanno assolutamente impiegate le specie vegetali esotiche invasive tra cui la peste d’acqua (Elodea canadiensis) di origine nordamericana e il giacinto d’acqua (Eichornia crassipes) tropicale per il rischio si diffondano negli ambienti circostanti compromettendo la biodiversità degli habitat di acqua dolce.

Tabella 1 Piante acquatiche autoctone maggiormente utilizzate per i sistemi a flusso libero in Italia (Fonte: modificato da ISPRA, 2012)

I sistemi più diffusi in Europa sono quelli che utilizzano macrofite radicate emergenti (HF e VF), in particolare il genere Phragmites perché richiede scarsa manutenzione ed ha una capacità di crescita e diffusione elevate. In Italia sono comunemente utilizzate Phragmites australis (da piante radicate o rizomi), Schoenoplectus lacustris e Typha latifolia.

Nei sistemi a flusso sommerso per dimensionare l’altezza dei letti si deve tener conto della capacità di approfondimento dell’apparato radicale (70 cm in Phragmites australis e 30 – 40 cm in Typha latifolia). Nel caso invece dei sistemi a flusso superficiale l’elemento biotico fondamentale per la scelta delle piante è all’altezza dell’acqua (Tabella 1). Per la scelta e la distribuzione delle piante acquatiche in un sistema di fitodepurazione occorre inoltre considerare la reperibilità in vivaio, i costi di acquisto e posa in opera, i costi di manutenzione e le caratteristiche paesaggistico-decorative.

Funzione della vegetazione

Le piante hanno il ruolo di creare un habitat idoneo alla crescita della flora batterica che è la vera protagonista della depurazione biologica.

Le piante acquatiche contribuiscono al recupero delle acque inquinate grazie alla riduzione del volume del refluo attuato con l’assorbimento radicale e la traspirazione fogliare, all’assorbimento di elementi nutritivi (azoto, fosforo e altri microelementi) e tossici. La parte sommersa delle piante acquatiche esplica la duplice funzione di filtro e di supporto per la popolazione microbica (intorno ai rizomi si formano dei micro-ecosistemi capaci di eliminare i microrganismi patogeni).

La maggior parte delle elofite (ad es. Phragmites e Typha) presenta un esteso sviluppo di tessuti aerati (aerenchimi), che consente il trasporto di ossigeno dalle foglie alle radici e alla rizosfera, garantendo l’instaurarsi di microzone aerobiche in ambienti prevalentemente anaerobici, favorendo lo sviluppo di microrganismi aerobi nella rizosfera ed anaerobi nell’ambiente limitrofo (dove l’ossigenazione è praticamente assente). La contemporanea presenza di condizioni aerobiche, anaerobiche ed anossiche è fondamentale per lo sviluppo di diversi tipi di microrganismi che consentono l’ossidazione della sostanza organica, l’ammonificazione, la nitrificazione, la denitrificazione dell’azoto.