Wastewater treatment and plant performance in surface flow constructed wetlands

Una parte delle acque reflue industriali e agricole del Veneto, nord Italia, vengono trasportate nella Laguna Veneta attraverso il suo bacino di drenaggio; principalmente azoto (N) e fosforo (P) oltre ad altri inquinanti come metalli pesanti. Nel 2000, il carico totale di azoto era di un terzo superiore al valore di riferimento ammissibile massimo di 3000 t/ anno per gli ingressi della laguna come indicato dal decreto ministeriale (Ministero dell'Ambiente, 1999), mentre il fosforo totale era di 229 t/anno. Sulla base di questo, gli input di azoto nel sistema lagunare Veneziano devono essere ridotti drasticamente nel prossimo futuro. I sistemi di fitodepurazione costruiti hanno offerto soluzioni promettenti per il controllo dell'inquinamento da nutrienti, in particolare dal deflusso agricolo, a costi e input energetici relativamente bassi. Alcuni sistemi semi-naturali e ricostruiti sono presenti in Italia e sono progettati per il trattamento di sorgenti diffuse di inquinamento da raccolti agricoli e civili con maggiore concentrazione nell'Italia centrale e nel nord. Questa ricerca di dottorato ha inteso determinare alcuni degli effetti positivi che il sistema di fitodepurazione può dare all'ambiente. In particolare, essa mirava a quantificare la riduzione dell'inquinamento da deflusso agricolo in un sistema convenzionale di fitodepurazione all'interno del sistema lagunare Veneziano. Inoltre, essa mirava a verificare e quantificare la capacità di assorbimento e la crescita delle diverse specie vegetali impiegabili in fitodepurazione. Nel 2014 è stato realizzato un sistema di fitodepurazione ibrido, composto dall’adattamento di un sistema semi-naturale in due sistemi di flusso superficiale (FWS) e da sistemi di trattamento flottanti (FTW). Il sistema è stato monitorato in termini di parametri della qualità dell'acqua e delle prestazioni vegetative per 3 anni consecutivi. La concentrazione di azoto totale (TN) e azoto nitrato (N-NO3-) ha mostrato picchi all'entrata del FWS in primavera, a causa della fertilizzazione dei terreni circostanti e del deflusso causato da precipitazioni abbondanti. Un effetto generale di riduzione di entrambi i parametri era chiaro all'uscita del sistema e le prestazioni depurative somo migliorate nel corso degli anni. Nel 2016, l'efficienza di rimozione ha raggiunto valori del 64% e 91% rispetto ai carichi in ingresso, corrispondenti rimozioni di massa di 2327 per TN e 1873 kg per N-NO3-. Per quanto riguarda le specie vegetali utilizzate nel FTW, Carex spp. ha mostrato il tasso di sopravvivenza, la produzione di biomassa, l'assorbimento di N e P più elevati in tre stagioni consecutive seguite da Lythrum salicaria, mentre I. pseudacorus non ha fornito buoni risultati. Nel 2016 è stato realizzato un esperimento pilota nell'ambito del suddetto sistema integrato applicando un carico eccessivo di N-NO3- a un sottosistema, di 3 bacini con volume e capacità d'acqua noti per testare l'efficienza di fitodepurazione e alcune dinamiche dell'acqua all'interno di questo sistema. La soluzione elevata di N-NO3- è stata omogeneizzata nel primo sottobacino mentre il secondo e il terzo sono stati intesi a monitorare l'effetto di depurazione. Il picco di 66 mg l-1 è stato notato all’ingresso del sottobacino controllato (secondo) dopo il trasferimento, indicando l'omogeneità della soluzione nel primo sottobacino. Dopo 12 ore (tempo di detenzione), la concentrazione mediana all'ingresso è stata di 45,34 mg l-1 mentre ha raggiunto i 41,5 mg l-1 all'uscita. L'efficienza di rimozione del sotto-bacino calcolata nelle 12 ore successive alla detenzione era dell'8,4% con la rimozione di massa di ~ 800 g di N-NO3- (1g m-2 d-1). Sulla base delle concentrazioni di N-NO3- nel sottobacino monitorato in tempi di monitoraggio diversi, si evince che sono presenti alcuni flussi preferenziali, ma che tutto il bacino e’ comunque interessato da passaggio dell’acqua. Infine, una valutazione delle prestazioni delle specie di piante macrofite che trattano diversi tipi di acque reflue in FTW è stata fatta recuperando e analizzando dati relativi alla crescita di 20 specie utilizzate nel sistema flottante Tech-IA® in 9 esperimenti diversi nel nord-Italia per un decennio (2006-2016). L'analisi statistica è stata effettuata per le piante frequentemente utilizzate in molti esperimenti, ovvero Phragmites australis, I. pseudacorus, Typha latifolia, Carex spp. e L. salicaria mentre le specie a doppio scopo (valore ornamentale e trattamento delle acque reflue) sono state valutate separatamente. I. pseudacorus, P. australis e T. latifolia hanno mostrato le migliori prestazioni di crescita, specialmente nel trattamento delle acque reflue comunali, mentre specie ornamentali quali Canna indica, Mentha aquatica e Pontederia cordata si sono rivelate potenzialmente efficienti per il trattamento delle acque reflue in FTWs. Inoltre, le prestazioni delle piante sono state influenzate da fattori quali l'età e le caratteristiche fisico-chimiche delle acque reflue. In generale, i sistemi di fitodepurazione costruiti con flusso superficiale si sono rivelati una soluzione promettente nel trattamento di molti tipi di acque reflue con particolare attenzione al deflusso agricolo.