MASTERPLAN ABRUZZO
S.A.S.I. S.p.A.
SOCIETA' ABRUZZESE PER IL SERVIZIO IDRICO INTEGRATO
E.R.S.I.
Ente Regionale Servizio Idrico Integrato
D
MASTERPLAN ABRUZZO
MACROPROGETTO " D "
Adeguamento, razionalizzazione e dismissione impianti fosse Imhoff sul territorio dei comuni del comprensorio di competenza ATO Chietino
AREA COMUNI DI:
Casoli, Castelfrentano, Lanciano, Paglieta, Torino di Sangro, Casalbordino, Cupello, Scerni, Gissi, Altino, Civitella Messer Xxxxxxxx, Colledimacine, Gamberale, Guardiagrele.
Responsabile Unico del Procedimento: P.A. Xxx Xxxxxx D'Xxxxxxxx |
Direttore Generale: Xxx. Xxxxxxx Xxxxxx |
UFFICIO PROGETTAZIONE: AREA TECNICA S.A.S.I. S.p.A. |
SASI SpA Arch. Xxxxxxx Xxxxxxxx Arch. Xxxxxxxx Xxxxxxxx Arch. Xxxxxxxx Xxxxxxxxxx Dott.ssa Xxxxxx Xxxxxxxxx COLLABORATORI Geom. Xxxxxxx D'Xxxxxx |
ASSISTENTI ALLA PROGETTAZIONE:
PROGETTAZIONE
XXX. Xxxxxx Xxxxxxxx
RELAZIONE TECNICA Elaborato progettuale: (Verifica tubazioni, calcolo sollevamenti e fitodepurazione) | All: 02 |
PROGETTO DEFINITIVO
Art. 23 D.lgs. 50/2016
C.U.P: E61D16000000001
INDICE
2 DETETERMINAZIONE DEI DATI DI CALCOLO 3
2.1 IMPIANTI DI SOLLEVAMENTO 3
2.1.1 Calcolo idraulico e verifica delle portate 3
2.2 Calcolo di verifica delle pressioni e del colpo di ariete 9
2.4 COLLETTORI FOGNARI A GRAVITA’ 11
2.4.2 Dimensionamento condotta fognaria 12
2.5 SISTEMI DI DEPURAZIONE NATURALI 18
2.5.1 SISTEMI DI DEPURAZIONE A FLUSSO SOMMERSO ORIZZONTALE (HF) 19
2.5.2 ELEMENTI DI UN IMPIANTO DI FITODEPURAZIONE 20
2.5.3 DIMENSIONAMENTO SISTEMI A FLUSSO SOMMERSO HF CON MACROFITE RADICATE 21
2.5.3.1 Metodo di Xxxxxx & Xxxxxx (1996) 22
2.5.3.2 Metodo di Xxxx, Xxxxxx & Xxxxxxxxxxxx (1995) 23
2.5.5 GEOMETRIA DELLE VASCHE 26
2.5.7 MEDIUM DI RIEMPIMENTO 27
2.5.8 SISTEMA DI ALIMENTAZIONE, REGOLAZIONE E RACCOLTA 28
2.5.9 3.4 PIANTE PER LA FITODEPURAZIONE FSS 28
2.5.10 Descrizione interventi di progetto 30
2.5.10.2 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA 31
1 PREMESSA
Il presente progetto definitivo è relativo all’esecuzione dei lavori di adeguamento, razionalizzazione e dismissione impianti fosse imhoff sul territorio dei comuni del comprensorio di competenza ATO Chietino. Sono previsti tre tipologie di intervento possibili:
• Realizzazione di stazioni di sollevamento dei liquami con posa di condotte in pressione
• Posa di collettori fognati a gravità
• Realizzazione di impianti di fitodepurazione
Si prevede pertanto di suddividere tale relazione in N.3 capitoli dove verranno trattati gli idraulici relativi all’adduzione dei liquami provenienti dalla dismissione delle varie fosse Imhoff.
2 DETETERMINAZIONE DEI DATI DI CALCOLO
2.1 IMPIANTI DI SOLLEVAMENTO
2.1.1 Calcolo idraulico e verifica delle portate
Il dimensionamento delle stazioni di pompaggio è stato effettuato tenendo conto della popolazione residente nell’area in questione. Per determinare il volume utile del pozzetto di raccolta della stazione di pompaggio dei reflui e le caratteristiche della pompa, gli elementi necessari sono:
- La portata nell’ora di punta;
- La possibilità di maggiori afflussi di origine meteorica;
- Il dislivello geodetico da superare;
- La lunghezza della tubazione di mandata;
- La frequenza degli avviamenti delle pompe;
- La velocità di scorrimento nella condotta di mandata;
- La possibile interruzione dell’energia elettrica con conseguente arresto delle pompe.
La proposta progettuale, in relazione a quanto previsto nel progetto preliminare, però, si articola in diversi punti, riportati nell’elenco sottostante. Nello specifico:
1. La realizzazione dei nuovi impianti di sollevamento, completi di elettropompe sommergibili per acque nere, a girante aperta inintasabile in grado di sollevare la portata max di progetto.
2. La realizzazione di troppo pieno;
3. L’installazione di un sensore di livello idrostatico per il corretto funzionamento del sistema;
Il dimensionamento dell’impianto di sollevamento è stato eseguito considerando la prevalenza e le perdite di carico indotte dal sistema di tubazioni costituenti gli impianti stessi (in condizioni di tubi nuovi). Le perdite di carico totali nelle condotte prementi, in pressione, sono date dalla somma di quelle distribuite, indotte dalla scabrezza interna, e di quelle concentrate, indotte dalla presenza di “ostacoli”.
Il calcolo delle perdite di carico distribuite lungo la condotta in pressione è stato eseguito utilizzando la formula Xxxxxxxx-Xxxxx che esprime il gradiente idraulico (J) come:
dove:
• J è il gradiente idraulico;
• D è il diametro interno della condotta [m];
• Q è la portata idraulica [mc/s];
• C è il coefficiente di scabrezza relativo al materiale della condotta;
• L è la lunghezza del tratto di condotta.
A tali perdite di carico distribuite devono essere aggiunte anche le perdite di carico concentrate che possono essere calcolate con la seguente formula:
dove μ è un coefficiente che dipende dal tipo di discontinuità e v è la velocità della corrente.
Il valore delle perdite di carico totali si determina sommando fra loro le perdite di carico continue e quelle localizzate. Va evidenziato, però, che il valore così ottenuto non è un valore certo, perché influenzato dall’indeterminazione con cui diversi parametri entrano nei calcoli ma comunque quest’ultima rientra nelle normali tolleranze che caratterizzano il calcolo di qualsiasi impianto.
Quindi, stabilita la portata massima sollevabile, si identifica la pompa tenendo conto della velocità di scorrimento nella tubazione, successivamente si determina il volume del pozzetto.
Il volume utile di accumulo si è calcolato per un tempo compreso tra i 6 e i 15 minuti di afflusso, scegliendone uno pari a 15 minuti (pari a 4 attacchi ora).
Il dimensionamento delle pompe di mandata è stato ottenuto considerando il regime normale in cui operi una singola pompa alla volta, prevedendo un sistema che permetta di far funzionare le stesse alternativamente in regime normale e contemporaneamente in caso di eccezionale afflusso.
Esso sarà costituito da:
- Una vasca d’accumulo dell’acqua in arrivo (pozzo-pompe), di volume sufficiente a consentire il corretto funzionamento della stazione. Il suo dimensionamento nasce dal compromesso di inserire le N.2 pompe (1+1di riserva), di non superare un numero elevato di attacchi in un’ora e di non far sostare il liquame troppo a lungo nella stazione per evitare fenomeni ossidativi. L’elettropompa sommergibile è adeguata ad alimentare le condotte prementi perché si giunga fino alla nuova condotta a gravità esistente con una portata massima calcolata di 4∙Qm;
- Un pozzetto più piccolo (camera di manovra), adiacente al pozzo-pompe, in cui sono alloggiate le tubazioni di mandata delle pompe e dal quale parte la tubazione premente dell’impianto. In esso sono installate le valvole di intercettazione idraulica (valvole di ritegno e saracinesche);
- Collettore principale in PE80 e collettori di mandata in acciaio;
- Un quadro elettrico di gestione della stazione di sollevamento (che prevede il ricorso a sonda di livello in grado gestire le operazioni di attacco stacco delle pompe a livelli prefissati nella vasca) in carpenteria metallica con installate al suo interno le seguenti apparecchiature minime:
1) Sezionatore generale;
2) Pannello operatore;
La portata delle acque nere viene calcolata con riferimento alla dotazione idrica di 200 l*ab/giorno con
un coefficiente di afflusso in fognatura pari a ϕ = 0,9. Inoltre, essendo una fognatura mista, il coefficiente di amplificazione della portata massima di pioggia scelto è pari a 4.
La stima della portata totale in arrivo all’impianto di sollevamento sarà quindi: Condizione operative:
Abitanti equivalenti: x AE
Portata media nera Qm: x*200 l*ab/giorno*0,9/1000 (mc/h) Portata nera alla punta : 1,7*Qm (mc/h)
Portata minima : 0,5*Qm (mc/h)
Portata massima di pioggia: 4*Qm (mc/h)
Tale portata verrà ripartita con l’installazione di N.1 elettropompa sommergibili con predisposizione di una di riserva
Le condotta, sarà del tipo in PE80 e presenterà le seguenti caratteristiche: Diametro esterno: DN110 – PN8
Diametro interno: 96,8 mm Spessore: 6,6 mm
Ne consegue una velocità in condotta che, in condizioni di massima portata, è pari a Qm/Sez Tubo (m/s).
La lunghezza totale del tracciato delle prementi per i singoli impianti di sollevamento è pari a:
• CASOLI
1. Quarto da Capo 2: 219 mt
2. Fontanelle: 510 mt
3. Collemarco Vicenne: 585 mt
• XXXXXXXXXXXXXX
0. Xx Xxxxxxxx 0: 78 mt
2. De Thomasis 2: 96 mt
• LANCIANO
1. Santa Croce: 408 mt
• XXXXXX XX XXXXXX
0. Carriera: 788 mt
• CASALBORDINO
1. Tavoleto: 307 mt
2. Guarniera: 437mt
• CUPELLO
1. Polercia: 125 mt
• GISSI
1. Peschiolo 2: 285 mt
• ALTINO
1. Briccioli: 243 mt
• XXXXXXXXX XXXXXX XXXXXXXX
0. Fontanelle: 372 mt
Tubazione di mandata al collettore principale (Lunghezza 6 ml., diametro 110 mm, materiale Acciaio):
1. Perdite distribuite: x m
2. Perdite concentrate: y m. Relative a:
a. Imbocco/Sbocco
b. TEE
c. N.2 Curve a 90°
d. Innesto a scarpa
e. Valvola di ritegno in ghisa tipo “Venturi”
f. Valvola a saracinesca in ghisa sferoidale
Tubazione di mandata al collettore principale (Lunghezza ml., DN110, materiale PEAD):
1. Perdite distribuite: z (m)
2. Perdite concentrate: w (m). Relative a:
a. Imbocco/Sbocco
b. TEE
c. N.7 Curve a 90°
d. Valvola a saracinesca
La perdita di carico complessiva sarà pari alla somma delle perdite di carico concentrate più quelle distribuite mt. A questa andrà aggiunta una quota parte relativa alla prevalenza geodetica.
Ne consegue che il vano di sollevamento, considerando un numero di attacchi pari a 4 att./h alla Qmaxpioggia, sarà pari a:
Tale volume permette di avere la certezza che anche in condizioni di portata minima il tempo di detenzione nella vasca di accumulo sia tale da minimizzare la possibilità di sedimentazione e di fermentazione. Nei casi in esame si è considerata una detenzione massima in vasca non superiore ai 30 minuti.
Il volume relativo ai nuovi vani di carico tiene in considerazione di una quota parte di sicurezza. Ad ogni modo, per eventuali verifiche di tipo dimensionale, si rimanda ai relative tavole.
La camera di aspirazione, detta anche vasca di carico, deve essere dimensionata in modo tale da ottimizzare, sia dal punto di vista economico che dal punto di vista operativo, il funzionamento
dell’impianto. La scelta delle dimensioni ottimali è, ovviamente, vincolata dalle dimensioni delle pompe e dalle prescrizioni geometriche connesse alla loro installazione oltre che dalla disposizione in modo tale che non vengano creati scompensi durante le variazioni stagionali.
La quota minima della vasca non dovrà essere troppo bassa per evitare di approfondire eccessivamente gli scavi e per contenere la prevalenza dell’impianto ma dovrà comunque essere tale da mantenere sull’ingresso alle pompe un carico sufficiente ad impedire la formazione di vortici con entrata d’aria; questo valore di sommergenza minima dipende dalle caratteristiche della pompa e sarà fornito dalla casa costruttrice.
Il funzionamento delle pompe è ciclico, per evitare l’usura di una singola pompa. Per spiegare il funzionamento del sistema si supponga che affluisca alla camera di carico dell’acqua reflua una portata costante e che inizialmente il livello idrico sia il minimo e la pompa ferma. Il livello crescerà fino a quando non verrà raggiunto il valore del volume Vo. A questo punto un sensore avvierà la pompa che sarà in funzione del tempo necessario per lo svuotamento di un volume pari a Vo. A svuotamento ultimato un sensore arresta la pompa.
Il ciclo si ripete ma in questo caso si avvierà la seconda pompa perché è previsto un uso ciclico. Per evitare un’eccessiva usura dei contatti elettrici, i costruttori di pompe prescrivono che il tempo tra due successivi avvii di una stessa pompa sia maggiore di un valore minimo in funzione del numero di avviamenti orari consentiti.
Potenza del motore | Numero avvii orari | |
Installazione a secco | Installazione annegata | |
fino a 7,5 kW | massimo 15 | massimo 30 |
fino a 30 kW | massimo 12 | massimo 24 |
oltre 30 kW | massimo 10 | massimo 20 |
La norma UNI EN 12056-4 suggerisce una durata minima di funzionamento di 2,2 sec per pompe fino a 2,5 kW e 5,5 sec. per pompe oltre i 2,5 kW ed un pompaggio minimo di 20 litri.
I costruttori, in maniera più restrittiva, suggeriscono un massimo di 12 avviamenti/ora per pompe oltre i 50 kW e 8 avviamenti/ora per pompe oltre i 50 kW.
Il dimensionamento della vasca è stato comunque fatto rispettando i parametri indicati dalla casa costruttrice:
Figura 1 - Curva di funzionamento del gruppo composto da N.1 elettropompe
2.2 Calcolo di verifica delle pressioni e del colpo di ariete
Variazioni di portata dovute all’apertura/chiusura di una saracinesca, all’accensione/spegnimento di una pompa, generano sovrappressioni che possono raggiungere valori critici per la condotta determinando il cosiddetto colpo d’ariete. La sua sovrappressione dipende dal tempo di manovra della saracinesca, dalla velocità, dalle caratteristiche del liquido trasportato e infine dalla deformabilità elastica del tubo.
Le sovrappressioni dinamiche di colpo d’ariete (Δp) dovranno essere contenute nei limiti prestabiliti in funzione dei valori della pressione idrostatica a norma del D.M.LL.PP. del 12/12/1985 di cui si riportano i dati nella tabella seguente:
Pressione idrostatica (bar) | ≤6 | 6-10 | 10-20 | 20-30 |
Sovrappressione amm. (bar) | 3 | 3-4 | 4-5 | 5-6 |
Per il calcolo della sovrappressione o depressione (Δh), espressa in metri di colonna d’acqua, si è fatto uso della seguente procedura di calcolo.
Per prima cosa, si stima il valore della celerità di propagazione dell’onda dipendente dal modulo di elasticità E (900∙106 N/m2) del materiale delle tubazioni e della comprimibilità ε (2,20∙109 N/m2) del liquido, avente densità ρ (1000 N/m3). Detto t (0,0332 m) lo spessore della tubazione e D (0,4936 m) il suo diametro interno, la celerità c (m/s) delle perturbazioni è pari a:
Si calcola a questo punto il tempo impiegato dall’onda di sovrappressione per percorrere l’intera lunghezza di condotta :
Si calcola, a questo punto, il tc (tempo di arresto della colonna liquida) attraverso la formula di Mendiluce:
Utilizzando come valore di coefficiente C = 1 (funzione del rapporto Hm/L) e K (funzione dell’inerzia del gruppo pompa-motore) pari a 1,55, avremo che il tc i sec.
La manovra risulta essere lenta in quanto:
per questo, nel calcolo della sovrappressione, verrà utilizzata la formula di Xxxxxxx, dove con Xx si intende la velocità massima in condotta in m/s. La relazione è la seguente:
La pressione totale della condotta così calcolata va verificata nei confronti delle caratteristiche di resistenza del materiale, però, visto che il D.M. prima citato prevede che per pressioni idrostatiche inferiori a 6 bar ci siano sovrappressioni massime di 3 bar, si prevede, al fine di limitare il colpo d’ariete a circa 3 bar di realizzare una chiusura con un tempo t = 20 sec. oppure di impiegare valvole anti colpo d’ariete che, tarate opportunamente, scaricano la portata eccedente che crea il colpo d’ariete.
2.3 Altri interventi
Ulteriori interventi, non di natura idraulica, da realizzare nelle stazioni di sollevamento in questione sono:
1. Perimetrazione dell’area di circostante alla stazione di sollevamento con recinzione metallica plastificata dell’altezza di 2,00 mt. ed installazione di doppio accesso (carrabile e pedonale);
2. Installazione di chiusini di tipo stagno conformi alla norma UNI EN 124 tipo C250. Tutti gli interventi descritti sono visibili nei relativi elaborati grafici.
2.4 COLLETTORI FOGNARI A GRAVITA’
Viene a questo punto verificato il dimensionamento della rete fognante nera, a servizio delle utenze cittadine ed industriali nel Comune di Scerni.
Il dimensionamento viene fatto sulla base degli abitanti equivalenti che insistono sulla fossa da dismettere.
Tale infrastruttura, ha la funzione di raccogliere e convogliare le acque di rifiuto provenienti dalle diverse utenze. È quindi essenziale che trattandosi di reflui inquinanti si è indirizzati verso un’attenta scelta dei materiali delle condotte, che nel caso specifico saranno in polietilene HDPE corrugato doppia parete liscio internamente che garantisce un’alta resistenza agli agenti chimici nel tempo nonché un’alta resistenza circonferenziale dovuta alla presenza di corrugazioni artificiali esterne.
Per il calcolo delle portate, è opportuno osservare che le acque che provengono dalle utenze vengono calcolate sulla base dei consumi idrici. Tali acque, immesse dalla rete acquedottistica, non rientrano totalmente nella rete fognaria a causa di varie perdite (evaporazione, uso, …) pertanto viene utilizzato un coefficiente di afflusso in fognatura fissato a 0,8.
Il calcolo di verifica della rete è volto a garantire che la velocità nella condotta non sia troppo elevata (inferiore a 5 m/s) e contemporaneamente che si riesca a raggiungere, in condizione di minima portata fecale, una velocità minima di autolavaggio che permetta di rimuovere i detriti che sedimentano nelle ore del giorno in cui le portate sono molto basse. Quest’ultima viene solitamente stimata in 0,6 m/s. Altra condizione importante per questa verifica riguarda il riempimento, che per condotte circolari con diametri inferiori al DN500 non deve essere maggiore del 70%.
2.4.2 Dimensionamento condotta fognaria
Il collettore risulta dimensionato per servire una popolazione equivalente [N] di x AE, con una dotazione idrica [d] pari a 200 l/AE*g, quindi, la portata media fecale che ci si aspetta è pari a:
Per acquisire il valore della portata di picco fecale è necessario definire il valore del coefficiente di punta Cp posto pari a 1,5, rapporto tra la portata fecale massima e la portata fecale media giornaliera. Con gli elementi acquisiti, risulta ragionevole determinare il valore della portata massima fecale necessaria per il dimensionamento idraulico degli spechi di fognatura come:
Escludendo il funzionamento in pressione, i condotti di fognatura si calcolano come canali a superficie libera in regime di moto uniforme. La determinazione dei parametri idraulici viene effettuata utilizzando la formula di Xxxxx, assumendo per χ una qualsiasi formula pratica (Xxxxx, Kutter, Xxxxxxx-Xxxxxxxxx) introducendo valori del coefficiente di scabrezza tipici per il materiale usato per la realizzazione dello speco. Di seguito verrà utilizzata la formula di Xxxxxxxxx.
La velocità del fluido secondo Xxxxx è data da:
adottando per χ la relazione di Xxxxxxxxx:
otteniamo:
essendo la portata pari a:
Si ottiene la relazione usata per la verifica degli spechi:
La portata massima calcolata dovrà tenere conto anche della portata di pioggia. Il fattore che tiene conto delle piogge è pari a 4.
Quindi considerando una portata media e la portata massima relativa, per smaltire tale portata si adotta una tubazione HDPE corrugata doppia parete e liscia internamente del DN300.
Si riportano ora i diagrammi dove è possibile valutare la capacità di smaltimendo della condotta in funzione della pendenza.
CALCOLO CAPACITA' DI SMALTIMENTO SEZIONE IDRAULICA DI FORMA CIRCOLARE | ||||||||
Descrizione = | Tubazione Polietilene DI300 | |||||||
Punto di sezione= | Livelletta di pendenza massima | |||||||
CARATTERISTICHE SEZIONE | ||||||||
d | 0,30 | DIAMETRO [m] | ||||||
r | 0,15 | [m] | ||||||
h | 0,21 | [m] | ||||||
p | 5,0% | Pendenza | ||||||
m | 0,12 | Coeff. di scabrosità di Kutter | ||||||
Angolo al centro | α | 227,2 | [°] | |||||
Contorno bagnato | 0,595 | [m] | ||||||
Area di deflusso | 0,0529 | [m2] | ||||||
Raggio idraulico | 0,089 | [m] | ||||||
CAPACITA' DI SMALTIMENTO per un'altezza d'acqua h = | 0,21 | m | ||||||
FORMULE (moto uniforme) | ||||||||
Portata | dove | A = Area di deflusso | ||||||
V = Velocità di deflusso | ||||||||
Velocità di defluss | dove | c = coefficiente di attrito | ||||||
Ri = raggio idraulico | ||||||||
p = pendenza | ||||||||
Coefficiente di attrito | dove | m = Coeff. Di scabrosità | ||||||
di Kutter | ||||||||
RISULTATI | ||||||||
c | 71,30 | |||||||
V | 4,75 | [m/sec] | ||||||
Q | 0,251 | [m3/sec] | ||||||
-0,4000 1,982 α/ 2
3,965 α
o
CAPACITA' DI SMALITIMENTO
SEZIONE IDRAULICA DI FORMA CIRCOLARE
per varie altezze d'acqua
CARATTERISTICHE SEZIONE
d
p
0,30
5,00%
DIAMETRO [m]
m
0,12
Pendenza
Coeff. di scabrosità di Kutter
h [m]
0,02
0,03
0,05
0,06
0,08
0,09
0,11
0,12
0,14
0,15
0,17
0,18
0,20
0,21
0,23
0,24
0,26
0,27
0,29
0,30
Q[m3/sec]
0,001
0,006
0,014
0,026
0,041
0,059
0,079
0,102
0,125
0,150
0,176
0,202
0,227
0,251
0,273
0,293
0,309
0,320
0,323
0,301
h = altezza d'acqua
Q = portata all'altezza d'acqua corrispondente
CAPACITA' DI SMALITIMENTO SEZIONE IDRAULICA DI FORMA CIRCOLARE
0,350
0,300
0,250
0,200
0,150
0,100
0,050
0,000
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
h - altezza d'acqua [m]
Q - portata [mc/sec]
CALCOLO CAPACITA' DI SMALTIMENTO SEZIONE IDRAULICA DI FORMA CIRCOLARE | ||||||||
Descrizione = | Tubazione Polietilene DI300 | |||||||
Punto di sezione= | Livelletta di pendenza minima | |||||||
CARATTERISTICHE SEZIONE | ||||||||
d | 0,30 | DIAMETRO [m] | ||||||
r | 0,15 | [m] | ||||||
h | 0,21 | [m] | ||||||
p | 0,5% | Pendenza | ||||||
m | 0,12 | Coeff. di scabrosità di Kutter | ||||||
Angolo al centro | α | 227,2 | [°] | |||||
Contorno bagnato | 0,595 | [m] | ||||||
Area di deflusso | 0,0529 | [m2] | ||||||
Raggio idraulico | 0,089 | [m] | ||||||
CAPACITA' DI SMALTIMENTO per un'altezza d'acqua h = | 0,21 | m | ||||||
FORMULE (moto uniforme) | ||||||||
Portata | dove | A = Area di deflusso | ||||||
V = Velocità di deflusso | ||||||||
Velocità di defluss | dove | c = coefficiente di attrito | ||||||
Ri = raggio idraulico | ||||||||
p = pendenza | ||||||||
Coefficiente di attrito | dove | m = Coeff. Di scabrosità | ||||||
di Kutter | ||||||||
RISULTATI | ||||||||
c | 71,30 | |||||||
V | 1,50 | [m/sec] | ||||||
Q | 0,079 | [m3/sec] | ||||||
-0,4000 1,982 α/ 2
3,965 α
o
CAPACITA' DI SMALITIMENTO
SEZIONE IDRAULICA DI FORMA CIRCOLARE
per varie altezze d'acqua
CARATTERISTICHE SEZIONE
d
p
0,30
0,50%
DIAMETRO [m]
m
0,12
Pendenza
Coeff. di scabrosità di Kutter
h [m]
0,02
0,03
0,05
0,06
0,08
0,09
0,11
0,12
0,14
0,15
0,17
0,18
0,20
0,21
0,23
0,24
0,26
0,27
0,29
0,30
Q[m3/sec]
0,000
0,002
0,005
0,008
0,013
0,019
0,025
0,032
0,040
0,048
0,056
0,064
0,072
0,079
0,086
0,093
0,098
0,101
0,102
0,095
h = altezza d'acqua
Q = portata all'altezza d'acqua corrispondente
CAPACITA' DI SMALITIMENTO SEZIONE IDRAULICA DI FORMA CIRCOLARE
0,120
0,100
0,080
0,060
0,040
0,020
0,000
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
h - altezza d'acqua [m]
Q - portata [mc/sec]
Le tubazioni in pressione installate sono tubazioni in polietilene ad alta densità per reti interrate di trasporto acque in pressione; sono prodotte con un’unica resina PE80.
Le tubazioni a gravità installate sono del tipo a doppia parete in PEAD, liscia internamente e di colore blu per facilitare l’ispezione visiva e con telecamere e corrugate esternamente con macro scabrezze artificiali ottenute per ondulazione della parete interna della tubazione.
Figura 2 - Profilo tubi PEAD corrugati
Lungo il tracciato è prevista la realizzazione di pozzetti praticabili di ispezione, ad ogni vertice planimetrico o altimetrico, ad ogni confluenza e, nei tratti rettilinei e a pendenza costante a distanza di 50 metri tra loro. I pozzetti sono previsti in struttura prefabbricata in cls collegati tra di loro ad incastro in modo tale da raggiungere l’altezza desiderata.
2.5 SISTEMI DI DEPURAZIONE NATURALI
Le tecniche di depurazione naturale (fitodepurazione) sono moderne tecnologie che usano la capacità depurativa degli ecosistemi naturali mettendola al servizio delle attività umane. La loro applicazione agli scarichi di attività turistiche quali agriturismi, hotels, residence, campeggi, locali di ritrovo ha dato ottimi risultati, soprattutto a confronto con gli impianti convenzionali.
I sistemi di depurazione naturali sono caratterizzati da un’ottima adattabilità alle oscillazioni di carico organico ed idraulico in ingresso, oltre a garantire una maggiore semplicità manutentiva con costi di gestione ridotti, consumi energetici nulli o molto ridotti, minima produzione di fanghi di supero e di altri prodotti di scarto. Tali peculiarità sono anche riconosciute a livello legislativo dal D.L.152/06, secondo cui, come riportato all’All.5 Parte III capitolo 3, per tutti gli agglomerati con popolazione equivalente compresa tra 50 e 2000 a.e, si ritiene auspicabile il ricorso a tecnologie di depurazione naturale quali il lagunaggio o la fitodepurazione, o tecnologie come i filtri percolatori o impianti ad ossidazione totale. Gli impianti di fitodepurazione si presentano come piccoli canneti e si inseriscono positivamente nel paesaggio.
I sistemi di trattamento di acque inquinate mediante aree umide artificiali (Constructed Wetland o Fitodepurazione) sono sistemi ingegnerizzati, progettati e costruiti per riprodurre i naturali processi autodepurativi in un ambiente maggiormente controllabile. I sistemi di fitodepurazione, sperimentati e a lungo studiati a livello internazionale, sono classificati in base al tipo di piante macrofite utilizzate (galleggianti, radicate sommerse, radicate emergenti) o più spesso in base al percorso idraulico delle acque reflue:
- FWS: i sistemi a flusso libero riproducono, 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 bacini 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 bacini 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.
Le tecniche a flusso sommerso sono quelle cha hanno riscontrato maggior successo nell’ambito del trattamento secondario dei reflui domestici e urbani, in virtù del minor ingombro superficiale richiesto e della facilità di inserimento anche in aree urbanizzate, mentre i sistemi a flusso libero (FWS), hanno trovato applicazione soprattutto come trattamento terziario di impianti di depurazione esistenti o per acque di dilavamento.
2.5.1 SISTEMI DI DEPURAZIONE A FLUSSO SOMMERSO ORIZZONTALE (HF)
I sistemi di fitodepurazione a flusso sommerso di tipo orizzontale sono costituiti da vasche contenenti materiale inerte con granulometria prescelta al fine di assicurare un’adeguata conducibilità idraulica (i mezzi di riempimento comunemente usati sono sabbia, ghiaia, pietrisco); tali materiali inerti costituiscono il supporto su cui si sviluppano le radici delle piante emergenti ed alcune piante ornamentali; per i sistemi a HF, si predilige il sistema monovarietale, di Phragmites australis (cannuccia di palude) o di Thypa latifolia (mazza sorda). Il fondo delle vasche deve essere opportunamente impermeabilizzato facendo uso di uno strato di argilla, possibilmente reperibile in loco, in idonee condizioni idrogeologiche, o, come più comunemente accade, di membrane sintetiche (HDPE o LDPE 2 mm di spessore); il flusso di acqua rimane costantemente di sotto la superficie del vassoio assorbente e scorre in senso orizzontale grazie ad una leggera pendenza del fondo del letto (circa 1%) ottenuta con uno strato di sabbia sottostante il manto impermeabilizzante, evitando qualsiasi rischio igienico-sanitario legato alla produzione di aerosol o alla diffusione di insetti, rendendo questa tipologia adatta all’inserimento in ambiti urbanizzati anche come elemento di arredo delle zone a verde di pertinenza degli edifici.
Durante il passaggio dei reflui attraverso la rizosfera delle macrofite, la materia organica è decomposta dall'azione microbica, l'azoto è denitrificato, se alla presenza di sufficiente contenuto organico, il fosforo e i metalli pesanti sono fissati per adsorbimento sul materiale di riempimento; i contributi della vegetazione al processo depurativo possono essere ricondotti sia allo sviluppo di un’efficiente popolazione microbica aerobica nella rizosfera sia all'azione di pompaggio di ossigeno atmosferico dalla parte emersa all'apparato radicale e quindi alla porzione di suolo circostante, con conseguente migliore ossidazione del refluo e creazione di un’alternanza di zone aerobiche, anossiche e anaerobiche con conseguente sviluppo di diverse famiglie di microrganismi specializzati e scomparsa pressoché totale dei patogeni, particolarmente sensibili ai rapidi cambiamenti nel tenore di ossigeno disciolto. I sistemi a flusso sommerso assicurano una buona protezione termica dei liquami nella stagione invernale, specie nel caso si possano prevedere frequenti periodi di copertura nevosa.
I principali meccanismi della rimozione degli inquinanti in un sistema HF sono:
- inquinanti organici (BOD5, COD): sedimentazione, degradazione batterica;
- materiali in sospensione: sedimentazione, filtrazione;
- metalli: precipitazione, adsorbimento, scambio ionico, uptake da parte delle piante;
- azoto: sedimentazione, adsorbimento, volatilizzazione (azoto ammoniacale), degradazione batterica (prevalentemente processi di denitrificazione); uptake da parte delle piante e della flora batterica;
- fosforo: precipitazione, adsorbimento, uptake delle piante;
- patogeni: sedimentazione e filtrazione, predazione, morte naturale, effetto degli antibiotici emessi dalle piante.
2.5.2 ELEMENTI DI UN IMPIANTO DI FITODEPURAZIONE
Nella progettazione di un impianto fitodepurante, è necessario conoscere la portata e il carico inquinante delle acque reflue da trattare. La quantità varia, riguardo alla tipologia di insediamento, utenze domestiche, ristorazioni o hotel, ricreativa o produttiva. Per le residenze, per esempio, si calcola una portata che varia da 120-200 L/ a.e. -1d-1. Per il buon funzionamento, è bene predisporre un pretrattamento (solitamente vasca Imhoff), perché permette di ridurre i pericoli di intasamento del
medium; si consiglia la vuotatura periodica dei pretrattamenti, pratica comunque già usata anche per i trattamenti tradizionali.
Per una rapida formulazione dell’entità dei carichi inquinanti potenziali sul territorio, è stato elaborato il fattore di conversione, noto come: “Abitante equivalente” (a.e.): il carico biodegradabile avente, un BOD5 (Biochemical Oxygen Demand) pari a 60 g/giorno. Per la stima del carico inquinante, si moltiplica il numero di addetti o di unità di prodotto per il valore dell’abitante equivalente.
Per la determinazione della superficie per la rimozione del BOD5, si fa riferimento a una superficie definita per a.e.
La rimozione dell’azoto avviene attraverso i processi di nitrificazione –denitrificazione biologica, per opera dei microrganismi adesi al medium di riempimento.
Ne consegue, che il fattore limitante è l’ossigeno, soprattutto per i sistemi a HF perché si svolgono in ambiente anaerobico, per questo motivo gli apparati radicali devono essere ben compenetrati, e in prossimità delle radici più sottili, si formano dei micrositi aerobi, ove avviene la nitrificazione.
La profondità, dipende dal tipo di specie utilizzata, ma considerando la maggior parte degli impianti esistenti, si può stimare una media di 60 cm all’ingresso per gli impianti HF, mentre per i sistemi a F.V. varia da 50 a 80 cm, anche se può raggiungere valori più profondi.
Il fondo delle vasche ha una pendenza dell’1-2 %, per favorire il drenaggio; mentre la superficie superiore è orizzontale.
La larghezza e la lunghezza devono rispettare degli aspetti di idraulica. Il rapporto tra la profondità e la lunghezza mi determina, il massimo gradiente idraulico disponibile, cui si deve considerare che valori bassi di lunghezza possono dar origine a corti circuiti idraulici. Un rapporto consigliato tra profondità e lunghezza varia da 0.5 a 3.
2.5.3 DIMENSIONAMENTO SISTEMI A FLUSSO SOMMERSO HF CON MACROFITE RADICATE
Diverse sono le possibilità offerte in letteratura sul dimensionamento degli impianti di fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale: ciò è dovuto sia alla “giovane età” della tecnica di depurazione, sia al fatto che per il grande numero di processi che avvengono in tali impianti. Per tale motivo si arriva spesso a scegliere, per il principio precauzionale, un dimensionamento basato su un coefficiente di carico per unità di superficie, tale da garantire l’ottenimento del massimo grado di rimozione degli inquinanti ed elevati parametri di qualità degli effluenti. Questo approccio può essere in linea di massima condiviso per il dimensionamento degli impianti più semplici. I modelli matematici riportati in seguito, basati sulle cinetiche di rimozione dei principali inquinanti e sull’utilizzo di coefficienti semiempirici ricavati dal monitoraggio di un ampio numero di impianti esistenti (database nordamericano NADB, database inglese WRc, database danese, etc.), approssimano sostanzialmente i sistemi HF a sistemi “plug-flow” a biomassa adesa in cui le sostanze inquinanti sono degradate secondo cinetiche del primo ordine. Non vengono, quindi, considerate le componenti dispersive, ma si può comunque ritenere lecita l’approssimazione ad una cinetica di primo ordine considerandola come un approccio conservativo.
I metodi di dimensionamento più utilizzati sono:
• il metodo di Xxxxxx & Xxxxxx (1996),
• il Metodo di Xxxx, Xxxxxx & Xxxxxxxxxxxx (1995)
• il metodo EPA – Environment Protection Agency (1993; 1999).
2.5.3.1 Metodo di Xxxxxx & Xxxxxx (1996)
Xxxxxx e Knight prevedono un decadimento del primo ordine e un modello plug-flow per tutti gli inquinanti: BOD, Solidi Sospesi Totali (SST), Fosforo Totale (TP), Azoto ammoniacale (NH4-N), Azoto Nitrico (NO3-N), Coliformi Fecali (FC).
Tale metodo si presenta di facile applicabilità ma poco sensibile al variare delle condizioni climatiche dell’area di intervento, soprattutto in considerazione del fatto che i processi biologici presentano generalmente una forte dipendenza dalla temperatura. Il modello tiene conto dell’eventuale flusso di materia dal substrato verso la colonna d’acqua e risulta essere quasi del tutto indipendente dalla temperatura (solo per le specie azotate è prevista una certa dipendenza); questa assunzione è un po’ troppo forte se si considera che i processi biologici hanno una forte dipendenza dalla temperatura.
In realtà, quella che interessa è la temperatura del refluo, che per moltissime tipologie di scarico, come quella civile, si mostra in realtà relativamente costante; ciò a causa della protezione offerta alla tubazione ed al refluo che scorre nelle vasche dallo strato di terreno soprastante, o all’uso maggiore di acqua calda nei periodi invernali, che può bilanciare l’effetto dovuto all’irrigidirsi delle temperature. Ne deriva che il modello di Xxxxxx & Knight è di facile applicabilità, anche in rapporto ad analisi di sensitività da eseguire sul dimensionamento di un impianto singolo, ma risulta poco sensibile al variare delle condizioni climatiche; il modello, inoltre, tiene in considerazione della concentrazione di fondo dell’inquinante.
Secondo tale metodo l’area superficiale richiesta può essere calcolata con la seguente formula:
dove
As = Superficie richiesta dalla vasca;
Ce = Concentrazione dell’inquinante nell’effluente fissata, in base all’obiettivo depurativo, in mg/l;
Ci = Concentrazione dell’inquinante in entrata all’impianto (dopo eventuale trattamento primario) in mg/l;
C* = Concentrazione di fondo dell’inquinante in mg/l; K=K20Θ(T-20) = costante areale del primo ordine in m/anno; Q = Carico idraulico medio giornaliero in m3/giorno.
q = coefficiente di carico idraulico in m/anno;
I parametri di riferimento in funzione dell’inquinante considerato proposti da Xxxxxx & Knight per la tipologia a flusso sommerso orizzontale sono riportati nella tabella seguente. Valori di Θ diversi da 1 indicano una dipendenza del processo di rimozione dell’inquinante in esame dalla temperatura del refluo.
2.5.3.2 Metodo di Xxxx, Xxxxxx & Xxxxxxxxxxxx (1995)
Le equazioni di questo metodo sono basate su una cinetica di primo ordine e l’assunzione di una condizione di plug-flow nella vasca per gli inquinanti, la cui rimozione avviene a causa di processi microbiologici: BOD5, azoto ammoniacale ed azoto nitrico. Per gli altri parametri gli autori propongono equazioni separate, basate su regressioni eseguite su una prima versione del database del NADB (1993, Xxxxxx ed altri) sulle “constructed wetlands”.
Secondo tale metodo l’area superficiale richiesta può essere calcolata con la seguente formula:
dove
As = Superficie richiesta dalla vasca;
Ce = Concentrazione dell’inquinante nell’effluente, fissata in base all’obiettivo depurativo, in mg/l;
Ci = Concentrazione dell’inquinante in entrata all’impianto (dopo eventuale trattamento primario) in mg/l;
KT=KRΘR(TW-TR) = costante cinetica alla temperatura TW, in giorni-1;
ΘR = coefficiente di temperatura per la costante cinetica;
KR = costante cinetica alla temperatura di riferimento, in giorni-1; TW = temperatura del refluo nella zona umida, in °C;
TR = temperatura di riferimento, in °C;
n = porosità (% espressa come frazione); y = profondità media della zona umida;
Q = carico idraulico medio giornaliero in m3/giorno. t = tempo di ritenzione idraulica, in giorni;
I parametri di riferimento in funzione dell’inquinante considerato proposti sono riportati nella tabella seguente:
2.5.3.3 E.P.A. 1993 e 1999
Anche l’EPA suggeriva nel 1993 di descrivere i SFS-h con cinetiche plug-flow del primo ordine. Secondo tale metodo l’area superficiale richiesta può essere calcolata con la seguente formula:
dove:
Ci = concentrazione di BOD5 in ingresso (mg/l); Ce = concentrazione di BOD5 in uscita (mg/l);
KT =K20Θ(T-20) costante dipendente dalla temperatura e dalla densità delle piante (giorni-1); n = porosità del letto;
W = larghezza del letto (m);
d = profondità del letto (m); L = lunghezza del letto (m);
Q = portata media che attraversa il sistema (m3/d). t = tempo di ritenzione (giorni).
I parametri di riferimento in funzione dell’inquinante considerato proposti sono riportati nella tabella seguente:
I valori di K20 e Θ possono assumere i valori riportati nella seguente tabella
Nel 1999 la stessa EPA suggerisce l’approccio conservativo per il dimensionamento dei sistemi HF, suggerendo un coefficiente di carico organico per unità di superficie (ALR: areal loading rate) pari a 6 gr BOD/m2.giorno, che porta all’ottenimento costante di concentrazioni di BOD5 in uscita inferiori a 30 mg/l, indipendentemente dalle concentrazioni in ingresso e dalle condizioni di esercizio.
La scelta di sistemi di pretrattamento adeguati al tipo di liquame da trattare è fondamentale per garantire il funzionamento e la durata di un impianto di fitodepurazione; cioè, il loro scopo è quello di rimuovere la maggior parte dei solidi contenuti nel refluo.
Sempre nel caso di fognatura di tipo misto, si dovrà prevedere uno scolmatore delle acque di pioggia, possibilmente dopo il comparto di grigliatura, in modo che la portata addotta all’impianto non dovrà superare la portata massima prevista nel sedimentatore. Il trattamento primario deve essere tale da permettere la rimozione di almeno il 60% dei solidi sospesi sedimentabili ed a questo scopo sono comunemente utilizzate vasche settiche tipo Imhoff, vasche settiche tricamerali, fino alle comuni vasche di sedimentazione primaria.
Le vasche settiche tipo Imhoff rappresentano un valido sistema di trattamento primario dei reflui; tecnicamente tali fosse sono unità in cui vengono associate le funzioni di separazione dei solidi sedimentabili (sedimentazione primaria) e di digestione anaerobica dei fanghi separati nel processo di sedimentazione primaria, mantenendo separati i comparti in cui avvengono tali processi. I due distinti comparti sono rispettivamente uno superiore di sedimentazione, uno inferiore di accumulo e di digestione anaerobica dei fanghi sedimentati. Le vasche Imhoff hanno il vantaggio di operare, oltre alla sedimentazione, una parziale digestione dei solidi sedimentati. Il volume del comparto di sedimentazione deve essere dimensionato in modo da assicurare tempi di detenzione, sulla portata di punta di tempo secco, non inferiori a 1,5 h; il dimensionamento del comparto di digestione dipende, invece, essenzialmente dal numero di svuotamenti che si vuole ottenere.
La forma di una vasca a flusso sommerso orizzontale deve essere necessariamente rettangolare; mentre la pendenza del fondo del letto può variare dall’1 al 5%, compatibilmente con i calcoli di verifica sulla geometria della vasca.
L'area trasversale può essere calcolata con l’equazione di Darcy: At = Qs/[kf x dh/ds]
dove:
At = area trasversale, m2,
Qs = portata media del refluo, m3/s, kf = conducibilità idraulica, m/s,
dh/ds = pendenza del fondo vasca, m/m,
(h = profondità del letto; s = lunghezza del letto).
L’EPA consiglia un valore limite superiore di 0,2 Kg BOD5/m2 al giorno per il carico organico per unità di superficie trasversale, allo scopo di evitare pericoli di intasamento del medium nella parte iniziale del letto.
Calcolata l’area trasversale, si può ottenere la larghezza minima del letto (Ac/0,95 Dmin) così da definirne la geometria, ovvero il rapporto tra lunghezza e larghezza.
Un valore adeguato di questo parametro elimina i rischi di corto circuito idraulico con possibile scorrimento in superficie del refluo, che comporta la riduzione dell’efficienza depurativa. Il rapporto tra la profondità del letto e la sua lunghezza permette di individuare il massimo gradiente idraulico disponibile, affinché ci sia un movimento netto del liquame dall’entrata verso l’uscita senza ritorni o ristagni di flusso. Sulla base delle dimensioni reali ottenute dal progetto deve essere fatta una verifica del profilo idraulico. La flessibilità dell’altezza è necessaria per garantire, da un lato, la completa ed uniforme immersione dell’apparato radicale lungo il letto e, dall’altro, la riduzione della possibilità che si instaurino condizioni di flusso superficiale all’inizio delle vasche.
La lunghezza del letto non dovrà essere eccessiva e, comunque, tale da evitare un’altezza alla sezione di ingresso troppo limitata ed allo stesso tempo un’altezza alla sezione di uscita in accordo con la profondità massima raggiungibile dall’apparato radicale dell’essenza vegetale prescelta; d’altro canto non dovrà essere troppo limitata (almeno maggiore di 4 m).
Il rapporto L/W può variare notevolmente, nel rispetto delle indicazioni riportate, da un minimo di 0,5 ad un massimo di 3.
Per evitare fenomeni di inquinamento del sottosuolo, i bacini di depurazione devono essere impermeabilizzati, utilizzando a tale scopo geomembrane sintetiche o bentonitiche.
La possibilità di utilizzare terreno argilloso, pur essendo la più economica, è limitata dalla permeabilità del terreno stesso, che deve essere molto bassa, indicativamente pari a Ks < 10-8 m/s, e con la quota di falda a non meno di un metro sotto la base del letto (Xxxxxx, 1993).
In genere, sono preferiti i manti sintetici, che utilizzano materiali quali:
• polietilene a bassa ed alta densità (PE),
• PVC,
• polipropilene.
Gli spessori dei teli sono variabili da 0,5 a 2 mm. Le saldature delle membrane possono essere realizzate in loco o in officina, mentre per le geomembrane bentoniche dovranno essere previsti adeguati sormonti. La geomembrana impermeabilizzante viene posata su uno strato di sabbia di almeno 5 mm e ricoperta da uno strato di tessuto non tessuto, per assicurare un minimo di protezione meccanica della membrana durante il riempimento con gli inerti.
Il substrato ha un ruolo fondamentale nell’efficienza depurativa dell’impianto perché, oltre a fare da supporto alla vegetazione, rappresenta un filtro meccanico e chimico per alcune sostanze contenute nel refluo; per questo la scelta del tipo di medium è strettamente correlata alle caratteristiche del liquame che si deve depurare.
Nei sistemi a flusso sommerso orizzontale deve essere assicurata una conducibilità xxxxxxxxx xx xxxxxx 000 x/x, quindi viene comunemente utilizzata ghiaia di granulometria variabile, pulita e lavata. Da tenere, inoltre, presente che durante il funzionamento dell’impianto il medium si arricchisce dei microrganismi, solidi sospesi e del particolato organico, cosicché si ha un aumento delle dimensioni dei grani con una conseguente diminuzione degli spazi interstiziali e quindi della conducibilità idraulica; tale diminuzione sembra, comunque, essere compensata dall’aumento di conducibilità dovuto allo sviluppo dell’apparato radicale
Nei sistemi a flusso sommerso orizzontale è generalmente utilizzata ghiaia del diametro medio compreso tra 4 e 16 mm; è consigliabile, inoltre, usare del pietrisco di almeno 80-120 mm per una lunghezza di almeno 1 m alla sezione di ingresso, per evitare fenomeni di intasamento.
Generalmente, la ghiaia prescelta è disposta in modo uniforme all’interno del letto, per uno spessore direttamente correlato alla profondità delle radici dell’essenza vegetale impiegata. Sono accettabili variazioni della granulometria in senso longitudinale; sono, invece, sconsigliabili in senso altimetrico, in quanto si creano vie di scorrimento preferenziali del refluo con conseguente riduzione dei tempi di ritenzione stimati in fase di progetto.
La ghiaia da utilizzare come medium di riempimento dovrà essere il più possibile rotondeggiante; essa dovrà essere costituita da elementi omogenei, provenienti da rocce compatte, resistenti, non gessose né gelive e saranno da escludere quelle contenenti elementi di scarsa resistenza meccanica, sfaldati o sfaldabili, e quelle rivestite da incrostazioni; dovrà, inoltre, essere scevra da materie terrose, sabbia o comunque materie eterogenee.
2.5.8 SISTEMA DI ALIMENTAZIONE, REGOLAZIONE E RACCOLTA
Se l’area è posta ad una quota inferiore allo scarico, il sistema HF può essere alimentato in modo continuo e per gravità. Il sistema di alimentazione può essere realizzato in diversi modi, fra cui i più comuni sono:
• un canale a pelo libero, che alimenta a stramazzo la vasca in diversi punti;
• una tubazione forata (o con elementi di distribuzione a T), collocata superficialmente o immersa nel medium di riempimento.
Indipendentemente dal sistema che si intende adottare è importante garantire una distribuzione del flusso uniforme lungo tutta la larghezza del bacino e rendere il sistema ispezionabile per l’eventuale pulizia dello stesso. In corrispondenza della sezione di ingresso nel bacino deve essere realizzato un vespaio di materiale inerte di grossa pezzatura, largo almeno 1 m, in modo da limitare al massimo gli intasamenti nella zona di ingresso che potrebbero instaurare linee di flusso preferenziali all’interno del letto. La larghezza del sistema di alimentazione è in genere uguale alla larghezza della vasca.
I sistemi di uscita sono spesso realizzati con una tubazione drenante posta sul fondo, al piede della scarpata del bacino nella sezione di scarico, per tutta la sua larghezza e collegata con una tubazione ad un pozzetto in cui è alloggiato un dispositivo che garantisce la regolazione del livello idrico all’interno del sistema mediante tubi comunicanti posti sul fondo.
Per la realizzazione del drenaggio sono comunemente usate tubazioni per condotte di scarico in materiali plastici quali PE o PVC, mentre alcune componenti talvolta possono essere anche in metallo. Se si usano tubazioni in PVC il sistema di alimentazione viene realizzato incollando tra loro le diverse componenti. Le tubazioni in PE consentono invece, molteplici sistemi di giunzione; il più usato è la saldatura dei giunti testa a testa, mentre di più semplice realizzazione ma meno economico, è l’uso di raccordi a compressione tipo Plasson.
2.5.9 3.4 PIANTE PER LA FITODEPURAZIONE FSS
Le piante consigliate per questo tipo di sistemi sono dette macrofite (con i vasi molto visibili). Le più usate sono la Phragmites australis e la Typha latifolia. Queste piante a volte non incontrano i favori a causa del loro aspetto estetico. In tal caso è consigliabile il Papiro (Cyperus Papyrus) che ha una discreta rusticità e ha come ambiente naturale gli ambienti umidi. Ma anche Xxxxx, Iris pseudacorus, Canna indica, Hydrangea quercifolia, Cotoneaster horizontalis e Salcerella hanno dimostrato, ancorché piante ornamentali, di poter svolgere una ottima azione depurante. Tuttavia è consigliabile la Phragmites australis per vari motivi: reperibilità su tutto il territorio nazionale, basso costo, elevata resistenza agli agenti atmosferici e inquinanti. Questa specie è molto vigorosa e tende a prendere il sopravvento sulle altre. È quindi sconsigliata la sua piantumazione in letti di fitodepurazione, dove sono presenti altri tipi di piante.
Phragmites australis
È una specie erbacea, perenne, rizomatosa;può raggiungere anche i 4 metri di altezza. Le foglie, opposte, sono ampie e laminari, lunghe da 15 a 60 cm, larghe 1 – 6 cm,glabre, verdi o glauche. All‟ apice del fusto è presente una pannocchia di colore bruno o violaceo, lunga fino a 40 cm. Fiorisce tra luglio e ottobre.
Typha latifolia
E’ una pianta monocotiledone della famiglia delle Typhaceae. Arriva ad essere alta anche 250 cm. Le infiorescenze femminili sono formate da migliaia di piccolissimi fiori di colore bruno circondati da peli. Le spighe cilindriche marroni ed a forma di salsiccia sono lunghe fino a 30 cm. Cresce spontaneamente lungo gli argini dei fiumi o in zone umide con acque stagnanti.
2.5.10 Descrizione interventi di progetto
2.5.10.1 Dati di ingresso
La tabella che segue mostra il dettaglio dei valori di portata che verranno addotti per gli impianti e che saranno posti a base di calcolo per il dimensionamento.
IMPIANTO DA 25 a.e.
Dati di calcolo | Indici | Unità di Misura | Valore |
Abitanti equivalenti | AE | Abitanti | 25 |
Coefficiente di afflusso | φ | - | 0,9 |
Dotazione Idrica | DI | l AE/g | 250 |
Dotazione idrica media risultante | DI | l AE/g | 200 |
Portata idraulica media giornaliera | Q | mc/g | 4,5 |
Portata idraulica media oraria Q24 * | Qm | mc/h | 0,19 |
Portata idraulica max | Qmax | mc/h | 0,9 |
IMPIANTO DA 50 a.e.
Dati di calcolo | Indici | Unità di Misura | Valore |
Abitanti equivalenti | AE | Abitanti | 50 |
Coefficiente di afflusso | φ | - | 0,9 |
Dotazione Idrica | DI | l AE/g | 250 |
Dotazione idrica media risultante | DI | l AE/g | 200 |
Portata idraulica media giornaliera | Q | mc/g | 9 |
Portata idraulica media oraria Q24 * | Qm | mc/h | 0,37 |
Portata idraulica max | Qmax | mc/h | 1,8 |
IMPIANTO DA 100 a.e.
Dati di calcolo | Indici | Unità di Misura | Valore |
Abitanti equivalenti | AE | Abitanti | 100 |
Coefficiente di afflusso | φ | - | 0,9 |
Dotazione Idrica | DI | l AE/g | 250 |
Dotazione idrica media risultante | DI | l AE/g | 200 |
Portata idraulica media giornaliera | Q | mc/g | 18 |
Portata idraulica media oraria Q24 * | Qm | mc/h | 0,75 |
Portata idraulica max | Qmax | mc/h | 3,6 |
2.5.10.2 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA
2.5.10.2.1 IMPIANTO DA 25 a.e.
A.E. | = | 25,00 | n. | ||
dotazione Idrica Giornaliera | = | 200,00 | l/A.E.*d | ||
PORTATE | |||||
Portata allo scarico | = | 4,50 | m3/d | Afflusso all'impianto pari al 90% | |
Poratata massima | = | 0,90 | m3/h | ||
CARICHI INQUINANTI | DI RIFERIMENTO | ||||
Carico Organico | = | 40,00 | g BOD5/A.E.*d | 60 g BOD5/A.E.*d | -33% |
Carico Azoto | = | 4,00 | g N-NH4/A.E.*d | 12 g N-NH4/A.E.*d | |
CARICHI INQUINANTI INGRESSO IMPIANTO dopo il pretrattamento ABBATTIMENTO DEL 30%
Carico Organico = 1,00 kg BOD5/g
Carico Azoto = 0,10 kg N-NH4/A.E.*g
DATI TRATTAMENTO PRIMARIO TIPO IMHOFF
V min sedimentatore V min digestore | = 1 spurgo annuo = | 1.250,00 4.500,00 | l l | > 250-300 l |
2 spurghi annui = | 5.000,00 | l | ||
Vtot | = | 5,00 | mc | |
DATI GEOMETRICI | ||||
pendenza | = | 1% | ||
Larghezza W | = | 7,00 | m | <30 m |
Lunghezza L | = | 15,00 | m | > 4m |
Profondità media H | = | 0,80 | m | 0,7-0,8 m |
L/W | = | 2,14 | > 0,5 ; < 3 | |
Superficie Orizzontale | = | 105,00 | m2 | > 25 m2 |
Area Trasversale Letto | = | 5,60 | m2 | |
Dislivello ingresso/uscita | = | 0,15 | m | < 0,3m |
H ingresso | = | 0,73 | m | |
Huscita | = | 0,88 | m | |
Gradiente idraulico max dh/ds | = | 0,01 | m/m | |
Superficie Orizzontale/A.E. | = | 4,20 | m2/A.E. |
VERIFICA AREA TRASVERSALE - CARICO ORGANICO TRASVERSALE
Legge di Darcy
Conducibilità idraulica del Medium di riempimento | = | 500,00 | m/d >100 m/d | Ghiaia 8-16 mm 500-800 m/d |
Porosità del Medium di riempimento | = | 35% | Ghiaia 8-16 mm 35-38% | |
Area Trasversale minima a Q medio | = | 0,90 | m2 | |
Area Trasversale minima a Q max | = | 4,32 | m2 | |
Larghezza Minima letto Wmin per Qmedio | = | 1,31 | m | |
Larghezza Minima letto Wmin per Q max | = | 6,27 | m | |
Area Trasversale Letto | = | 5,60 | m2 | |
Carico Organico Trasversale max | = | 200,00 | g BOD5/m2*d | (E.P.A.) |
Carico Organico Trasversale | = | 178,57 | g BOD5/m2*d |
VERIFICA SUPERFICIE ORIZZONTALE - CARICO IDRICO SUPERFICIALE
Carico idrico orizzontale max | = | 50,00 l/m2*d | = 50 cm/d |
Superficie orizzontale minima | = | 90,00 m2 |
VERIFICA SUPERFICIE ORIZZONTALE - CARICO ORGANICO SUPERFICIALE
EPA 1993 | |||||||
Superficie Orizzontale richiesta | = | 82,12 | m2 | limiti BOD5 in Corpo idrico | Superficiale | ||
BOD5 ingresso Ci | = | 222,22 | mg/l | Tab1 Refluo U | rbano | Tab3 Refluo ind.le | |
BOD5 Uscita Ce | = | 25,00 | mg/l | 25 | mg/l | 40 mg/l | |
Costante cinetica a 20C K20 | = | 0,806 | d^-1 | ||||
Coefficiente di temperatura Teta | = | 1,06 | WPCF(1990) | EPA (1993) | |||
Costante cinetica KT Temperatura del Refluo T | = = | 0,45 10,00 | d^-1 °C | K20 Teta | 0,806 1,104 1,06 1,06 | ||
T<10 °c | T>10 °c |
20 | 20 |
6 | 6 |
1,104 | 1,104 |
1,06 | 1,06 |
EPA 1999
Carico Organico superficiale max | = | 10,00 | g BOD5/m2*d | 6-10 g BOD5/m2*d |
Carico Organico superficiale | = | 9,52 | g BOD5/m2*x |
XXXX, XXXXXX & XXXXXXXXXXXX (1995) | ||||||
Superficie Orizzontale richiesta (BOD5) | = | 67,84 | m2 | limiti BOD5 in Corpo idrico Superficiale | ||
BOD5 ingresso Ci | = | 222,22 | mg/l | Tab1 Refluo Urbano | Tab3 Refluo ind.le | |
BOD5 Uscita Ce | = | 25,00 | mg/l | 25 mg/l | 40 mg/l | |
Costante cinetica a T riferimento Kr | = | 1,104 | d^-1 | |||
Coefficiente di temperatura Teta R | = | 1,06 | ||||
Costante cinetica KT | = | 0,52 | d^-1 | TR | ||
Temperatura del Refluo T | = | 7,00 | °C | CR | ||
Temperatura di Riferimento TR | 20,00 | °C | Kr | |||
Teta X | ||||||
XXXXXX & XXXXXX (1996) | ||||||||
Superficie Orizzontale richiesta (BOD5) | = | 27,90 | m2 | limiti BOD5 in Corpo | idrico Superficiale | |||
BOD5 ingresso Ci | = | 222,22 | mg/l | Tab1 Refluo Ur | bano | Tab3 Refluo ind.le | ||
BOD5 Uscita Ce | = | 25,00 | mg/l | 25 | mg/l | 40 mg/l | ||
Costante cinetica a T riferimento K20 | = | 180,000 | d^-1 | |||||
Coefficiente di temperatura Teta | = | 1,00 | XXX0 | XX0-X | ||||
Costante cinetica K | = | 180,00 | d^-1 | K20 | 180,00 | 34 | ||
Temperatura del Refluo T | = 7,00 °C | TETA | 1,00 | 1,04 | ||||
Temperatura di Riferimento TR | 20,00 °C | C* | 15,28 | 0 | ||||
Superficie Orizzontale richiesta (NH4-N) | = | 34,20 | m2 | limiti NH4-N in Corpo | idrico Superficiale | |||
NH4-N ingresso Ci | = | 22,22 | mg/l | Tab1 Refluo Urbano | Tab3 Refluo ind.le | |||
NH4-N Uscita Ce | = | 15,00 | mg/l | mg/l | 15 mg/l | |||
Costante cinetica a T riferimento K20 | = | 34,000 | d^-1 | |||||
Coefficiente di temperatura Teta | = | 1,04 | XXX0 XX0-X | |||||
Costante cinetica K | = | 18,88 | d^-1 | K20 | 180,00 | 34 | ||
Temperatura del Refluo T | = 5,00 °C | TETA | 1,00 | 1,04 | ||||
Temperatura di Riferimento TR | 20,00 °C | C* | 15,28 | 0 | ||||
VERIFICA TEMPO DI RITENZIONE
Tempo di ritenzione idraulica = 6,21 d > 4 d per BOD5
> 6d per Azoto
2.5.10.2.2 IMPIANTO DA 50 a.e.
A.E. | = | 50,00 | n. | ||
dotazione Idrica Giornaliera | = | 200,00 | l/A.E.*d | ||
PORTATE | |||||
Portata allo scarico | = | 9,00 | m3/d | Afflusso all'impianto pari al 90% | |
Poratata massima | = | 1,80 | m3/h | ||
CARICHI INQUINANTI | DI RIFERIMENTO | ||||
Carico Organico | = | 40,00 | g BOD5/A.E.*d | 60 g BOD5/A.E.*d | -33% |
Carico Azoto | = | 4,00 | g N-NH4/A.E.*d | 12 g N-NH4/A.E.*d | |
CARICHI INQUINANTI INGRESSO IMPIANTO dopo il pretrattamento ABBATTIMENTO DEL 30%
Carico Organico = 2,00 kg BOD5/g
Carico Azoto = 0,20 kg N-NH4/A.E.*g
DATI TRATTAMENTO PRIMARIO TIPO IMHOFF
V min sedimentatore V min digestore | = 1 spurgo annuo = | 2.500,00 9.000,00 | l l | > 250-300 l |
2 spurghi annui = | 10.000,00 | l | ||
Vtot | = | 10,00 | mc | |
DATI GEOMETRICI | ||||
pendenza | = | 1% | ||
Larghezza W | = | 13,00 | m | <30 m |
Lunghezza L | = | 16,00 | m | > 4m |
Profondità media H | = | 0,80 | m | 0,7-0,8 m |
L/W | = | 1,23 | > 0,5 ; < 3 | |
Superficie Orizzontale | = | 208,00 | m2 | > 25 m2 |
Area Trasversale Letto | = | 10,40 | m2 | |
Dislivello ingresso/uscita | = | 0,16 | m | < 0,3m |
H ingresso | = | 0,72 | m | |
Huscita | = | 0,88 | m | |
Gradiente idraulico max dh/ds | = | 0,01 | m/m | |
Superficie Orizzontale/A.E. | = | 4,16 | m2/A.E. |
VERIFICA AREA TRASVERSALE - CARICO ORGANICO TRASVERSALE
Legge di Darcy
Conducibilità idraulica del Medium di riempimento | = | 500,00 | m/d >100 m/d | Ghiaia 8-16 mm 500-800 m/d |
Porosità del Medium di riempimento | = | 35% | Ghiaia 8-16 mm 35-38% | |
Area Trasversale minima a Q medio | = | 1,80 | m2 | |
Area Trasversale minima a Q max | = | 8,64 | m2 | |
Larghezza Minima letto Wmin per Qmedio | = | 2,63 | m | |
Larghezza Minima letto Wmin per Q max | = | 12,63 | m | |
Area Trasversale Letto | = | 10,40 | m2 | |
Carico Organico Trasversale max | = | 200,00 | g BOD5/m2*d | (E.P.A.) |
Carico Organico Trasversale | = | 192,31 | g BOD5/m2*d |
VERIFICA SUPERFICIE ORIZZONTALE - CARICO IDRICO SUPERFICIALE
Carico idrico orizzontale max | = | 50,00 l/m2*d | = 50 cm/d |
Superficie orizzontale minima | = | 180,00 m2 |
VERIFICA SUPERFICIE ORIZZONTALE - CARICO ORGANICO SUPERFICIALE
EPA 1993 | |||||||
Superficie Orizzontale richiesta | = | 164,25 | m2 | limiti BOD5 in Corpo idrico | Superficiale | ||
BOD5 ingresso Ci | = | 222,22 | mg/l | Tab1 Refluo U | rbano | Tab3 Refluo ind.le | |
BOD5 Uscita Ce | = | 25,00 | mg/l | 25 | mg/l | 40 mg/l | |
Costante cinetica a 20C K20 | = | 0,806 | d^-1 | ||||
Coefficiente di temperatura Teta | = | 1,06 | WPCF(1990) | EPA (1993) | |||
Costante cinetica KT Temperatura del Refluo T | = = | 0,45 10,00 | d^-1 °C | K20 Teta | 0,806 1,104 1,06 1,06 | ||
T<10 °c | T>10 °c |
20 | 20 |
6 | 6 |
1,104 | 1,104 |
1,06 | 1,06 |
EPA 1999
Carico Organico superficiale max | = | 10,00 | g BOD5/m2*d | 6-10 g BOD5/m2*d |
Carico Organico superficiale | = | 9,62 | g BOD5/m2*x |
XXXX, XXXXXX & XXXXXXXXXXXX (1995) | ||||||
Superficie Orizzontale richiesta (BOD5) | = | 135,68 | m2 | limiti BOD5 in Corpo idrico Superficiale | ||
BOD5 ingresso Ci | = | 222,22 | mg/l | Tab1 Refluo Urbano | Tab3 Refluo ind.le | |
BOD5 Uscita Ce | = | 25,00 | mg/l | 25 mg/l | 40 mg/l | |
Costante cinetica a T riferimento Kr | = | 1,104 | d^-1 | |||
Coefficiente di temperatura Teta R | = | 1,06 | ||||
Costante cinetica KT | = | 0,52 | d^-1 | TR | ||
Temperatura del Refluo T | = | 7,00 | °C | CR | ||
Temperatura di Riferimento TR | 20,00 | °C | Kr | |||
Teta X | ||||||
XXXXXX & XXXXXX (1996) | ||||||||
Superficie Orizzontale richiesta (BOD5) | = | 55,81 | m2 | limiti BOD5 in Corpo | idrico Superficiale | |||
BOD5 ingresso Ci | = | 222,22 | mg/l | Tab1 Refluo Ur | bano | Tab3 Refluo ind.le | ||
BOD5 Uscita Ce | = | 25,00 | mg/l | 25 | mg/l | 40 mg/l | ||
Costante cinetica a T riferimento K20 | = | 180,000 | d^-1 | |||||
Coefficiente di temperatura Teta | = | 1,00 | XXX0 | XX0-X | ||||
Costante cinetica K | = | 180,00 | d^-1 | K20 | 180,00 | 34 | ||
Temperatura del Refluo T | = 7,00 °C | TETA | 1,00 | 1,04 | ||||
Temperatura di Riferimento TR | 20,00 °C | C* | 15,28 | 0 | ||||
Superficie Orizzontale richiesta (NH4-N) | = | 68,39 | m2 | limiti NH4-N in Corpo | idrico Superficiale | |||
NH4-N ingresso Ci | = | 22,22 | mg/l | Tab1 Refluo Urbano | Tab3 Refluo ind.le | |||
NH4-N Uscita Ce | = | 15,00 | mg/l | mg/l | 15 mg/l | |||
Costante cinetica a T riferimento K20 | = | 34,000 | d^-1 | |||||
Coefficiente di temperatura Teta | = | 1,04 | XXX0 XX0-X | |||||
Costante cinetica K | = | 18,88 | d^-1 | K20 | 180,00 | 34 | ||
Temperatura del Refluo T | = 5,00 °C | TETA | 1,00 | 1,04 | ||||
Temperatura di Riferimento TR | 20,00 °C | C* | 15,28 | 0 | ||||
VERIFICA TEMPO DI RITENZIONE
Tempo di ritenzione idraulica = 6,15 d > 4 d per BOD5
> 6d per Azoto
2.5.10.2.3 IMPIANTO DA 100 a.e.
A.E. | = | 100,00 | n. | ||
dotazione Idrica Giornaliera | = | 200,00 | l/A.E.*d | ||
PORTATE | |||||
Portata allo scarico | = | 18,00 | m3/d | Afflusso all'impianto pari al 90% | |
Poratata massima | = | 3,60 | m3/h | ||
CARICHI INQUINANTI | DI RIFERIMENTO | ||||
Carico Organico | = | 40,00 | g BOD5/A.E.*d | 60 g BOD5/A.E.*d | -33% |
Carico Azoto | = | 4,00 | g N-NH4/A.E.*d | 12 g N-NH4/A.E.*d | |
CARICHI INQUINANTI INGRESSO IMPIANTO dopo il pretrattamento ABBATTIMENTO DEL 30%
Carico Organico = 4,00 kg BOD5/g
Carico Azoto = 0,40 kg N-NH4/A.E.*g
DATI TRATTAMENTO PRIMARIO TIPO IMHOFF
V min sedimentatore V min digestore | = 1 spurgo annuo = | 5.000,00 18.000,00 | l l | > 250-300 l |
2 spurghi annui = | 10.000,00 | l | ||
Vtot | = | 20,00 | mc | |
DATI GEOMETRICI | ||||
pendenza | = | 1% | ||
Larghezza W | = | 26,00 | m | <30 m |
Lunghezza L | = | 16,00 | m | > 4m |
Profondità media H | = | 0,80 | m | 0,7-0,8 m |
L/W | = | 0,62 | > 0,5 ; < 3 | |
Superficie Orizzontale | = | 416,00 | m2 | > 25 m2 |
Area Trasversale Letto | = | 20,80 | m2 | |
Dislivello ingresso/uscita | = | 0,16 | m | < 0,3m |
H ingresso | = | 0,72 | m | |
Huscita | = | 0,88 | m | |
Gradiente idraulico max dh/ds | = | 0,01 | m/m | |
Superficie Orizzontale/A.E. | = | 4,16 | m2/A.E. |
VERIFICA SUPERFICIE ORIZZONTALE - CARICO IDRICO SUPERFICIALE
Carico idrico orizzontale max | = | 50,00 l/m2*d | = 50 cm/d |
Superficie orizzontale minima | = | 360,00 m2 |
VERIFICA SUPERFICIE ORIZZONTALE - CARICO ORGANICO SUPERFICIALE
EPA 1993 | |||||||
Superficie Orizzontale richiesta | = | 328,49 | m2 | limiti BOD5 in Corpo idrico | Superficiale | ||
BOD5 ingresso Ci | = | 222,22 | mg/l | Tab1 Refluo Urba | no | Tab3 Refluo ind.le | |
BOD5 Uscita Ce | = | 25,00 | mg/l | 25 | mg/l | 40 mg/l | |
Costante cinetica a 20C K20 | = | 0,806 | d^-1 | ||||
Coefficiente di temperatura Teta | = | 1,06 | WPCF(1990) | EPA (1993) | |||
Costante cinetica KT | = | 0,45 | d^-1 | K20 | 0,806 1,104 | ||
Temperatura del Refluo T = 10,00 °C Teta | 1,06 | 1,06 | |||||