Riuso dei reflui urbani depurati, la sicurezza
richiede un'attenta gestione degli impianti

1. Premesse

Nei cinquant'anni compresi tra il 1925 ed il 1975, in Sardegna si erano registrati mediamente 750 mm di pioggia per anno, dei quali circa il 30%, cioè 250 mm, di deflusso superficiale ed il 70% di perdite soprattutto per evapotraspirazione. A partire dal 1975 si è registrata una variazione del regime delle precipitazioni che ha determinato una riduzione del 30% delle precipitazioni ed una ben più drastica riduzione dei corrispondenti deflussi nei corsi d'acqua, che hanno raggiunto, secondo la zona idrografica, valori medi annui pari al 45-65% del deflusso registrato nei cinquant'anni dal '25 al '75.

In relazione a questo sensibile cambiamento climatico si sono drasticamente ridotti i valori di erogabilità annua del sistema idrico regionale, basato essenzialmente sull'utilizzo delle risorse idriche superficiali mediante grandi serbatoi artificiali di accumulo e regolazione pluriennale.

Nell'ambito regionale, la maggiore penalizzazione da questa riduzione di precipitazioni si riscontra nella parte meridionale dell'isola. Questa regione dipende dalle risorse idriche erogate dal sistema idrico del Flumendosa - Campidano, realizzato e gestito dall'Ente Autonomo del Flumendosa. Fino ad oggi l'Ente ha progettato, realizzato e gestito un sistema idraulico costituito da otto dighe, con una capacità utile complessiva di circa 730 milioni di mc, circa 140 km di canalizzazioni, due centrali idroelettriche per complessivi 38 MW, due impianti di potabilizzazione, centinaia di chilometri di condotte. Il bacino d'utenza è costituito da una popolazione servita di circa 700.000 persone, 60.000 ettari territoriali (pari a circa 50.000 attrezzati), due aree di insediamento industriale.

La realizzazione dello schema idraulico risale alla fine degli anni '50 e nei decenni successivi questo è stato potenziato e adattato al rapido incremento dei fabbisogni. Secondo i dati di progetto, lo schema, nella configurazione attuale, avrebbe dovuto erogare annualmente 430 milioni di mc. In relazione all'attuale situazione climatica l'erogazione annua è scesa a circa 250 milioni di mc. Il deficit si è scaricato negativamente soprattutto sul comparto irriguo.

L'AUTORE.
L'ingegner Corrado Rossi
è funzionario presso
l'Ente Autonomo del Flumendosa
telefono 070/6021.260
fax 070/670758

Questo intervento è stato presentato in occasione del convegno sul riutilizzo delle acque reflue urbane a scopi produttivi, promosso dall'Ordine Ingegneri di Cagliari e dall'Associazione Idrotecnica Italiana
(Cagliari, 11 ottobre 2002)

2. Gli interventi per fronteggiare l'emergenza

Dopo avere compiutamente accertato che la riduzione di apporti fosse un fenomeno persistente, con una progressiva accelerazione, l'EAF - su incarico del Commissario straordinario per l'emergenza idrica in Sardegna - ha realizzato ed ha in corso alcuni importanti interventi per arginare in qualche modo il grave deficit tra domanda e disponibilità d'acqua. Le linee d'intervento sono queste:

• riduzione entro valori minimi delle perdite nelle opere di accumulo e delle grandi linee di trasporto;
• potenziamento del sistema di captazione e di regolazione attraverso la realizzazione di nuove infrastrutture;
• riutilizzazione a scopo irriguo delle acque reflue della città di Cagliari e del suo hinterland.

Nel novembre 1995, presso la Presidenza della Giunta, alla presenza della commissione scientifica di assistenza tecnica al Commissario governativo per l'emergenza idrica in Sardegna, i responsabili dell'Ente illustrarono le caratteristiche degli interventi programmati per far fronte allo stato di crisi, i principali problemi associati a ciascun intervento e lo stato di attuazione delle relative progettazioni.

Fu tra l'altro ipotizzato un intervento di trasferimento dei reflui dell'impianto di depurazione di Is Arenas nel serbatoio artificiale di Simbirizzi al fine di integrare l'erogazione del sistema nei confronti dell'utenza irrigua - dopo un idoneo periodo di studio e sperimentazione - di circa 20 milioni di mc annui (aumentabili progressivamente sino a 30/40 nel medio periodo).

L'impianto di depurazione di Cagliari, avviato nell'aprile 1990, ha una capacità massima di trattamento di circa 2.000 l/s di liquami, ed attualmente ne tratta in media circa il 30%, sia a causa del mancato collegamento di varie aree urbane ai collettori fognari principali, sia in relazione alle ormai perduranti restrizioni idriche.

L'intervento di recupero reflui fu indicato nel programma come l'ultimo da realizzare in ordine di tempo, in quanto l'attivazione del trasferimento dei reflui sarebbe stata possibile solo dopo la separazione delle linee di alimentazione potabile e irrigua.

In quella sede, la Commissione prese atto che l'entità delle risorse idriche presenti negli invasi del sistema del Flumendosa erano, a quella data, in grado di garantire 150 giorni dei fabbisogni idropotabili minimi indispensabili in assenza di nuove precipitazioni (a quella data le risorse idriche presenti negli invasi dell'intero sistema del Flumendosa-Campidano erano di 22,5 milioni di mc). Per questa ragione si ritenne necessario modificare la priorità di esecuzione degli interventi programmati.

Tra le azioni indicate come più urgenti fu individuata la realizzazione del collegamento dell'impianto di depurazione di Is Arenas con l'invaso di Simbirizzi, in quanto l'intervento era capace di mettere a disposizione risorse certe in una ipotesi catastrofica di scarsi apporti meteorici nel periodo invernale, al fine di consentire una garanzia di minima alimentazione.

Quest'ultima tipologia di opera si collocava, tra l'altro, nell'ambito degli indirizzi già forniti dal Piano Acque della Sardegna riguardo alla possibilità di integrare alcune risorse idriche, peraltro di scarsa qualità, esistenti nell'isola (come quella del lago Simbirizzi) con reflui, opportunamente trattati e idonei al soddisfacimento dei fabbisogni di vaste superfici irrigabili (come quella del vasto hinterland di Cagliari, Quartu, Selargius ecc.). Infatti, contestualmente, le risorse di migliore qualità potrebbero essere destinate unicamente al consumo umano. A tal proposito va evidenziato che la quantità dei reflui potenzialmente disponibili per l'utilizzazione irrigua ammonta, per l'isola, a circa 200 milioni di m³ annui (valutazioni di aggiornamento al Piano Acque Sardegna).

In relazione a queste indicazioni fu immediatamente avviato lo studio dell'intervento e la progettazione delle opere al fine di garantire il rispetto dei tempi imposti per la realizzazione del collegamento idraulico. Tale opera avrebbe consentito infatti di rendere rapidamente disponibile un collegamento in grado di trasferire risorse certe al serbatoio di Simbirizzi.

Fu data la massima priorità alla progettazione dell'impianto di pompaggio e della condotta premente sino allo sbocco nel lago di Simbirizzi prevedendo di utilizzare, in via provvisoria ed eccezionale, l'impianto di finissaggio già realizzato dal Comune di Cagliari.

Ai fini del riutilizzo irriguo dei reflui trattati, l'EAF - su incarico del Commissario straordinario per l'emergenza idrica in Sardegna - redasse pertanto nel 1996 un progetto definitivo che ha consentito la realizzazione, anche con la fattiva collaborazione delle amministrazioni comunali di Cagliari e Quartu Sant'Elena, di un impianto di sollevamento dell'acqua trattata (2 mc/sec), di una lunga condotta premente per il trasferimento dell'acqua dentro l'invaso artificiale di Simbirizzi (DN1400 - L ≈ 7 km) e la condotta di by-pass del lago, mentre veniva studiato a livello preliminare l'impianto di trattamento terziario.

Parallelamente fu avviata la progettazione del nuovo sistema di vettoriamento intubato della risorsa per uso idropotabile all'area di Cagliari che, oltre ad eliminare le perdite lungo linea, consentiva di svincolare definitivamente il lago Simbirizzi dall'uso idropotabile, destinandolo esclusivamente all'uso irriguo.

La situazione degli invasi della Sardegna, che grazie alla favorevole stagione nel '96 potè ricostituire le scorte idriche, ha consentito di studiare in modo più meditato la parte iniziale dell'impianto, cioè l'impianto di trattamento terziario dei reflui. Lo schema conseguente alla realizzazione dell'intervento, con la regolazione dei volumi da parte del lago Simbirizzi, era pertanto quello illustrato nella figura 1, mentre la nuova configurazione - in caso di completo by-pass del lago Simbirizzi, può essere sintetizzata nella figura 2.

3. Le attività di studio per il riutilizzo dei reflui

Il lago di Simbirizzi è un invaso artificiale di capacità utile pari a 28,8 milioni di mc. Esso costituisce la vasca terminale della principale linea di trasporto idrico del sistema del Flumendosa, che attraverso gli interventi di ristrutturazione in atto è in grado di dominare gran parte del comprensorio irriguo. È previsto che questo lago sia utilizzato, nella stagione invernale, sia come serbatoio di regolazione dei reflui trattati sia per un'opportuna miscelazione con una quota parte di acque provenienti dai laghi del Flumendosa, e soprattutto dai bacini del Fluminimannu di Casa Fiume e del Fluminimannu di Monastir.

Nella stagione irrigua i reflui trattati potranno, compatibilmente con le caratteristiche chimiche, fisiche e microbiologiche dell'acqua e nel rispetto della normativa per il riuso diretto, in fase di predisposizione, essere immesse direttamente nella rete irrigua by-passando il lago.

Lo studio dell'intervento di recupero reflui si è rivelato alquanto complesso per almeno tre ordini di motivi:

1. l'immissione all'interno di un invaso di acque provenienti da un impianto di depurazione di un'importante area urbana comporta la risoluzione di una serie di problemi connessi alla salvaguardia del corpo idrico recettore di non tradizionale caratteristica e, certamente, è la prima volta che viene affrontata in ambito mediterraneo ed europeo;
2. l'utilizzazione delle acque in irrigazione, sia che esse provengano dall'invaso del Simbirizzi o che provengano direttamente dall'impianto di trattamento, può porre, sotto il profilo agronomico, problemi che è necessario riconoscere e valutare in relazione ai rischi derivanti da sostanze tossiche, o comunque nocive alla fertilità, presenti nelle acque di scarico. Tali problemi vanno esaminati anche in considerazione della possibilità dell'accumulo di tali sostanze nel suolo e del loro eventuale passaggio nella catena alimentare;
3. relativamente agli aspetti ecologici ed igienico-sanitari devono essere valutati i possibili rischi connessi ai suoli ed alle falde acquifere soggiacenti alle aree irrigate.

A causa della mancanza di riferimenti normativi nazionali specifici nel campo della classificazione chimica, fisica e batteriologica di un refluo per uso irriguo, negli studi effettuati preliminarmente alla realizzazione del progetto, ed illustrati sommariamente di seguito, sono state considerate le linee guida stabilite dalla normativa internazionale e raccolte nella letteratura specializzata.

Per la realizzazione del progetto di riutilizzo dei reflui, l'Ente Autonomo del Flumendosa ha portato avanti una lunga attività preliminare di studio condotta con l'ausilio di numerose istituzioni quali l'Università degli studi di Cagliari (Dipartimenti di Ingegneria chimica, Ingegneria del territorio, Scienze della terra e Ricerche economiche e sociali), l'Università degli studi di Sassari (Dipartimento di Botanica ed Ecologia), l'Università degli studi 'Federico II' di Napoli (Dipartimento di Ingegneria agraria ed Agronomia del territorio), l'Istituto Superiore di Sanità di Roma, il Centro comune di Ricerche delle Comunità europea di Ispra, l'Istituto per la chimica del terreno del CNR di Pisa.

L'attività di studio svolta dall'EAF è durata circa quattro anni e si può riassumere nei seguenti punti:

• valutazione delle caratteristiche chimiche, fisiche e limnologiche (acque e sedimenti) del lago recettore (Simbirizzi);
• determinazione delle qualità chimico-fisiche e microbiologiche delle acque effluenti dall'impianto di depurazione di Is Arenas e confronto con le linee guida stabilite dai riferimenti nazionali ed internazionali per le acque da utilizzare in agricoltura;
• realizzazione di una attività sperimentale mediante l'impianto pilota di defosfatazione ubicato presso la centrale di sollevamento di Simbirizzi;
• valutazione delle proprietà fisiche, chimiche e idrauliche dei suoli (come il grado di dispersione delle particelle, la stabilità, la struttura del suolo, le costanti idrodinamiche, la permeabilità etc.) nella zona interessata alla irrigazione (Sardegna meridionale);
• valutazione della finalità irrigua della risorsa mediante confronto della qualità dell'effluente di Is Arenas con le caratteristiche dei suoli della Sardegna meridionale.

Considerando i risultati ottenuti mediante tali attività sperimentali e la classificazione di qualità irrigua di letteratura, si sono tratte le seguenti conclusioni:

1. le caratteristiche chimico-fisiche delle acque del lago Simbirizzi rientrano, per la maggior parte dei parametri considerati, nella seconda classe di qualità irrigua, che permette un esercizio irriguo continuativo, con eventuali limitazioni dei volumi irrigui stagionali e con accorgimenti nei confronti delle colture irrigabili, del metodo irriguo e delle condizioni pedologiche e della vulnerabilità dell'ambiente in cui si opera;
2. la qualità dell'acqua effluente dall'impianto di depurazione è stata individuata a livelli quasi compatibili con l'uso irriguo senza limitazioni (prima classe) sui suoli delle aree irrigabili. Tuttavia - per l'elevata concentrazione dei cloruri - l'acqua rientra nella quarta classe di qualità irrigua. Ciò comporterebbe una sensibile limitazione del riutilizzo diretto della risorsa in agricoltura e, in caso di utilizzo indiretto e la necessità di una sensibile miscelazione con le acque del lago. Va tuttavia ricordato che i valori dei cloruri nell'effluente dell'impianto (attualmente intorno ai 500÷600 mg/l) sono da considerarsi anomali in quanto più elevati rispetto alla composizione media di un normale refluo. Ciò si spiega con il fatto che in alcuni dei collettori fognari si è riscontrata un'intrusione di acqua marina e/o fortemente salmastra. Quindi l'elevata concentrazione dei cloruri può essere riportata a valori accettabili per un refluo (300÷400 mg/l) mediante l'eliminazione delle suddette infiltrazioni. Questo porterà alla classificazione di qualità dell'acqua effluente da Is Arenas nella seconda classe di qualità irrigua;
3. in caso di riutilizzo diretto della risorsa è necessario abbattere la carica batterica ai valori compatibili con il riutilizzo delle acque in agricoltura (ad esempio per le colture i cui prodotti devono essere consumati crudi il limite massimo contenuto nelle ultime proposte normative sarebbe di 100 escherichia coli/100 ml, con 10 di media) mentre l'unico riferimento indicato in 2 coliformi totali/100 ml dalla Delibera del Citai 4.2.1977, è stato superato con l'entrata in vigore del D.Lgs. 152/99;
4. in caso di utilizzo indiretto della risorsa, è necessario ridurre la concentrazione del fosforo nell'effluente (P_tot circa 2,5 mg/l) a valori compatibili per preservare il già precario stato trofico del lago Simbirizzi (P_tot circa 0,5 mg/l). In questo caso non è necessario un abbattimento eccessivamente spinto della carica batterica in quanto si può sfruttare il potere autodepurante del lago;
5. dalla sperimentazione su impianto pilota sono state tratte le indicazioni per la individuazione, su scala ridotta, della filiera ottimale per l'abbattimento spinto del fosforo e della carica batterica.

In questo contesto, si è quindi concretizzata la necessità dell'adeguamento del processo depurativo del depuratore comunale alle specifiche modalità di utilizzazione delle acque reflue, prevedendo da una parte un trattamento per la riduzione dei carichi di fosforo dalle acque reflue e dall'altra un idoneo abbattimento della carica batterica residua e delle eventuali sostanze tossiche presenti.

Per quanto attiene allo specifico caso in esame va osservato come, all'epoca della progettazione, non vi fossero delle precise indicazioni normative atte a regolamentare l'utilizzo di un refluo per scopi irrigui mentre, per lo scarico in corpo idrico sensibile vigeva e vige tuttora la tabella 3 dell'allegato 5 del D.Lgs. 152/99.

4. Descrizione degli interventi già realizzati

A tutt'oggi sono state realizzati e collaudati tre lotti delle opere per il vettoriamento idraulico. Il primo lotto dei lavori riguarda la realizzazione della centrale di sollevamento per il convogliamento delle acque reflue depurate al lago di Simbirizzi, per una portata massima di 2 mc/sec regolabile attraverso inverters. I lavori sono stati aggiudicati nel settembre '96 per l'importo netto di circa 3,5 mld di lire e si sono conclusi nel settembre 1997.

Il secondo lotto riguarda la realizzazione della condotta per il convogliamento delle acque reflue depurate al lago di Simbirizzi, per una portata massima di 2 mc/sec, mediante una condotta principale in acciaio DN 1400 avente uno sviluppo di circa sette chilometri. I lavori sono stati aggiudicati nel novembre 1996 per l'importo netto di circa 8 mld di lire e si sono conclusi nel gennaio '99.

Il lotto relativo al by-pass del lago prevedeva la realizzazione di una condotta in c.a.o. lunga circa 2 km che consentisse di alimentare direttamente la centrale di sollevamento al servizio dei distretti irrigui. I lavori sono stati aggiudicati nel settembre '99 per l'importo netto di circa 2 mld di lire e si sono conclusi nel marzo 2001.

Nel mese di maggio 2002 è stato poi messo in esercizio provvisorio il nuovo acquedotto Mulargia-Cagliari, che ha definitivamente svincolato il lago del Simbirizzi dall'uso idropotabile.

5. Trattamento terziario del depuratore di Cagliari

Dalle attività di studio preliminari è scaturita, come si è già accennato, l'esigenza di realizzare, a valle dell'impianto di depurazione di Is Arenas, un impianto di trattamento terziario capace di ridurre nell'effluente il fosforo e la carica batterica ai valori indicati. I risultati ottenuti dalla sperimentazione hanno permesso di definire i principali parametri di processo del realizzando impianto di defosfatazione su scala industriale e di predire l'efficienza di rimozione del fosforo e della carica batterica dello stesso.

Il progetto dell'impianto terziario, con la realizzazione di un primo modulo da 4.800 mc/h, è stato redatto dall'EAF nel primo semestre del 1998 in stretta collaborazione, per gli aspetti processistici, con il prof. ing. Luca Bonomo del Politecnico di Milano, ed ha previsto un processo di abbattimento del fosforo (convalidato dall'esito positivo della sperimentazione sull'impianto pilota) di tipo chimico-fisico, che consta essenzialmente in una chiariflocculazione e filtrazione su letto di sabbia e da una disinfezione finale mediante irraggiamento UV e clorocopertura.

L'impianto (figura 3) si inserisce immediatamente a ridosso del depuratore comunale, anche se è totalmente indipendente sia dal punto di vista energetico che da quello dei servizi generali.

La principale modalità di utilizzazione delle acque reflue prevista dal progetto è la cosiddetta modalità indiretta, secondo la quale tali acque vengono immesse nel lago di Simbirizzi per essere prima idoneamente miscelate con una parte di acque fresche provenienti dal sistema Flumendosa ed in seguito utilizzate per soddisfare il fabbisogno irriguo. Ciò comporta, come detto, la realizzazione di un trattamento specifico sia per la riduzione dei carichi di fosforo dalle acque reflue sia per l'abbattimento della carica batterica residua.

In definitiva, nella configurazione finale le acque saranno sottoposte a due differenti sequenze di trattamento, secondo che siano destinate alla immissione nel serbatoio di Simbirizzi o, in futuro, all'utilizzo irriguo diretto:

1. filiera di trattamento finalizzata alla rimozione spinta del fosforo con trattamento di disinfezione con UV e/o ClO₂ - obiettivo: scarico nel serbatoio di Simbirizzi;
2. filiera di trattamento finalizzata alla totale disinfezione, senza rimozione spinta del fosforo - obiettivo: futuro riutilizzo irriguo diretto delle acque reflue.

La descrizione generale del processo è riassunta nella figura 3. Per la linea acque, il trattamento finalizzato alla rimozione spinta del fosforo e allo scarico nel serbatoio di Simbirizzi è il seguente:

• sollevamento iniziale dell'effluente dell'impianto di depurazione;
• correzione del pH mediante anidride carbonica (CO₂);
• prima aggiunta del reattivo flocculante (cloruro ferrico);
• destabilizzazione;
• aggiunta di un coadiuvante alla flocculazione (polielettrolita);
• aggregazione;
• sedimentazione a pacchi lamellari;
• seconda aggiunta eventuale del reattivo flocculante (cloruro ferrico);
• filtrazione su sabbia silicea
• disinfezione con raggi ultravioletti e/o con biossido di cloro.

Questa invece la filiera di trattamento dei fanghi:

• equalizzazione dei fanghi di controlavaggio;
• sedimentazione dei fanghi di controlavaggio;
• miscelazione dei fanghi;
• ispessimento meccanico mediante centrifuga;
• filtropressatura.

5.1. La linea acqua

Come accennato, il progetto è stato impostato per una portata di 1,33 m³/sec, articolato su due linee di trattamento da 0,66 m³/sec, e comprende essenzialmente:

• il trattamento chimico-fisico convenzionale di precipitazione del fosforo, ottimizzabile mediante correzione del pH ottenuta con iniezione in linea di anidride carbonica;
• il trattamento di filtroflocculazione per la rimozione della frazione di fosforo residuo e la rimozione spinta dei solidi sospesi;
• la disinfezione delle acque trattate mediante unità a raggi UV, seguita da ulteriore disinfezione mediante l'unità esistente a biossido di cloro;
• il trattamento di addensamento e successiva disidratazione dei fanghi.

L'ottimizzazione del processo di defosfatazione può essere ottenuta agendo sul pH delle acque da trattare, abbassandolo dal valore di 7,5 a valori di circa 6,5 mediante iniezione in linea di anidride carbonica che non incrementa la salinità, oppure ripartendo il dosaggio di coagulante in almeno due diversi punti di immissione e adottando alti rapporti di dosaggio tra reagente precipitante (cloruro ferrico) e fosforo; oppure ancora rimuovendo una parte dei solidi sospesi in un primo trattamento di separazione solido/liquido e lasciando alla filtrazione la funzione di finissaggio.

Il processo di trattamento corrispondente punta a conseguire dei limiti prefissati. Per il fosforo totale, la concentrazione massima viene valutata in base alla portata di acqua trattata immessa al lago ed alle condizioni trofiche del lago stesso. A titolo esemplificativo si possono distinguere le seguenti situazioni:

1. portata media immessa nel lago Simbirizzi dall'impianto di Is Arenas : 1,00 m³/s, concentrazione fosforo: P_tot ≤ 0,33 mg/l e apporto idrico complessivo al lago di circa 31 Mm³/anno;
2. b) portata media immessa nel lago Simbirizzi dall'impianto di Is Arenas : 0,6 m³/s, concentrazione fosforo: P_tot ≤ 0,50 mg/l e apporto idrico complessivo al lago di circa 18 Mm³/anno;

Il limite dei solidi sospesi è di SS ≤ 8 mg/l; per i parametri batteriologici il limte è di MPN ≤ 100 CFU - colitotali per 100 ml con la disinfezione UV e con la successiva disinfezione con biossido di cloro.

Il processo si articola in definitiva nelle seguenti tre fasi concettuali: rimozione chimico-fisica del fosforo, filtrazione, disinfezione. Si prevede il dosaggio di cloruro ferrico (FeCl₃) quale agente precipitante in unità atte a conseguire la precipitazione dei fosfati, la destabilizzazione dei colloidi con formazione dei coaguli e l'aggregazione dei fiocchi. La rimozione definitiva dei fiocchi avviene poi nelle unità di filtrazione con sabbia silicea. La disinfezione è prevista facendo precedere una unità a raggi ultravioletti (UV) all'esistente unità con dosaggio di ClO₂.

Considerato il limite assai restrittivo di fosforo residuo, è stato necessario ottimizzare la rimozione di tutte le forme di fosforo presenti nel refluo da trattare e cioè:

• il fosforo disciolto (fosfati solubili o fosforo reattivo);
• il fosforo associato a particelle colloidali, passanti alla carta da filtro da 0,45 mm;
• il fosforo associato ai solidi sospesi (trattenuti dalla carta da filtro da 0,45 mm).

Oltre che con un accurato controllo del pH, le frazioni di fosforo disciolto e colloidale possono essere minimizzate forzando la precipitazione con elevati rapporti di dosaggio Fe:P. A parità infatti di dose Fe:P, il risultato migliore si ottiene frazionando in più punti il dosaggio di reagente. Per questo motivo il trattamento prevede un primo punto di dosaggio all'ingresso dell'acqua da trattare e un secondo punto di dosaggio subito prima delle unità di filtrazione.

È stata inoltre realizzata una unità di separazione solido/liquido con il duplice scopo di ridurre il carico solido addotto ai filtri e di consentire il ricircolo dei fanghi raccolti, che agiscono da coadiuvanti di flocculazione e ottimizzano la precipitazione consentendo il completamento della reazione del coagulante eventualmente non ancora reagito.

Con il secondo dosaggio, a monte dei filtri, si mira a spingere la precipitazione del fosforo disciolto residuo ed a facilitare la flocculazione del fosforo colloidale disperso eventualmente ancora presente. Le unità di filtrazione sono sempre concepite come filtro-flocculatori, ma, grazie al minor carico di solidi addotti, possono essere dimensionate con un unico strato filtrante (sabbia quarzifera) e rimuovere i solidi sospesi entro il limite di 8 mg/l.

Per realizzare la prima parte del trattamento sono state realizzate unità che consentano di associare in manufatti compatti sia le vasche di destabilizzazione e di aggregazione, sia le vasche di separazione solido/liquido.

A causa dei vincoli sullo spazio a disposizione e dell'ubicazione dei manufatti (che devono tener conto delle opere esistenti), non è stata considerata la sedimentazione classica, ma una soluzione assai più compatta quale la sedimentazione a pacchi lamellari: una applicazione collaudata in numerosi casi e presenta indubbi vantaggi per semplicità ed economicità di gestione.

Le portate specifiche applicate sono dell'ordine di 15-20 m/h sulla sezione in pianta, corrispondenti a portate specifiche locali (velocità effettive di sedimentazione) nei singoli elementi di circa 1,5 - 2 m/h.

Nel caso di futura immissione diretta nella rete irrigua, si potrà evitare di dover rimuovere sensibilmente il fosforo, compensando i costi di ammortamento e di esercizio connessi alla disinfezione spinta con i risparmi per il mancato utilizzo di reagenti e di trattamento e smaltimento di una cospicua frazione di fanghi. In questo caso il processo si potrà articolare pertanto in tre fasi essenziali: filtrazione, disinfezione a raggi UV, disinfezione con biossido di cloro. Di seguito si descrivono brevemente le varie sezioni di trattamento dell'impianto terziario.

Sollevamento iniziale. Sono state installate, nell'ambito della vasca di presa dal depuratore comunale, quattro pompe della prevalenza nominale di 5,62 metri in caso di funzionamento contemporaneo di tutte le pompe. Due pompe hanno una portata nominale di 2.400 mc/h mentre le altre due, dotate entrambe di inverter, sollevano una portata massima di 800 mc/h.

Controllo del pH mediante anidride carbonica. Dai risultati delle prove Jar-test è emerso che l'efficacia del trattamento per la rimozione chimico-fisica del fosforo è massima per valori di pH intorno a 5. Poiché l'utilizzo di acido fosforico, nei dosaggi necessari, oltre a costi assai elevati, comporterebbe un sensibile aumento di salinità delle acque, è stato prescelto un sistema di controllo del pH mediante CO₂ che, anche se non consente abbassamenti di pH oltre 6, presenta due aspetti interessanti:

• non aumenta la salinità dell'acqua che si avrebbe dosando acidi forti;
• non richiede le misure di sicurezza che caratterizzano lo stoccaggio di acidi forti.

L'anidride carbonica necessaria al controllo del pH viene immessa direttamente nelle tubazioni in pressione di invio dei reflui al trattamento chimico-fisico con un dosaggio da 4 a 10 mg/l, mediante la realizzazione di due impianti di dosaggio indipendenti, uno per ciascuna linea connessi a due serbatoi di stoccaggio, della capacità di 12 m³, contenenti CO₂ liquida a -20 °C.

Destabilizzazione. Il reattore di destabilizzazione garantisce, con un volume di 80 m³, una miscelazione rapida, caratterizzata da un gradiente di velocità di almeno 100 s^-1 e un tempo di contatto di circa 2 minuti, in modo da assicurare non solo l'intima miscelazione del coagulante con il liquame, ma anche da assicurare lo svolgimento della reazione di formazione dei coaguli per una portata di 2400 m³/h. In detto comparto si procede al dosaggio del cloruro ferrico in ragione di circa 42,5 g di soluzione al 40% per m³, pari ad un rapporto molare Fe:P di 1,3:1 per ottenere un primo rendimento di abbattimento del fosforo del 60%.

Aggregazione. Da ciascuna vasca di destabilizzazione, l'acqua grezza viene ripartita in due vasche di aggregazione, in cui entra con flusso dal basso verso l'alto, con portata pari a 1.200 m³/h. Nella vasca di aggregazione viene dosato un coadiuvante di flocculazione, polielettrolita cationico, con dosaggio di circa 100 mg/m³. Un agitatore con elica a flusso assiale ascendente, posizionato all'interno di un cilindro metallico, completa la fase di destabilizzazione e assicura la miscelazione omogenea del polimero. La formazione dei fiocchi, inoltre, è favorita dal ricircolo dei fanghi concentrati provenienti dalla vasca di sedimentazione. Il ricircolo dei fanghi consente anche una migliore resa del reagente.

Grazie all'azione dei fanghi di ricircolo, la fase di aggregazione è stata dimensionata per un tempo di ritenzione contenuto pari a 7,5 minuti con un volume di circa 150 m³.

Sedimentazione a pacchi lamellari. Dalla vasca di aggregazione la miscela acqua/fanghi passa alla vasca di sedimentazione, suddivisa in due zone nettamente separate. Nella prima zona, quella inferiore, avviene la sedimentazione di massa della gran parte del fango. Il fango forma un letto che si ispessisce gradualmente e viene rimosso da una lama raschiafango che lo adduce alla tramoggia centrale, dalla quale viene addotto a pompe volumetriche a monovite eccentrica che lo avviano alla vasca di miscelazione dei fanghi. Nella zona superiore, i fiocchi trascinati dalla corrente d'acqua che si avvia verso lo sfioro superficiale passano attraverso pacchi lamellari che consentono di abbassare notevolmente il numero di Reynolds e di realizzare un flusso laminare che consente una elevata efficienza di sedimentazione.

Il pacco lamellare è stato previsto del tipo a condotti tubolari autoportanti in poliestere addittivato con carbon-black a protezione dai raggi UV con sezione del condotto 58 x 78 mm, angolo d'inclinazione 60° e lunghezza del condotto di 1,40 metri cui corrisponde una superficie equivalente netta per ciascun bacino di circa 1.000 m². È inoltre installato un carroponte raschiafanghi.

Al di sopra del sistema dei pacchi sono ubicate le canalette di sfioro in acciaio inox che raccolgono le acque chiarificate per convogliarle alla successiva sezione di filtrazione su sabbia. All'uscita della sedimentazione viene effettuato il secondo dosaggio con cloruro ferrico in ragione di 32,5 g di soluzione al 40% per m³.

Filtrazione su sabbia. La sezione di filtrazione è costituita, per ogni linea da 2400 m³/h, da una batteria di 5 filtri, ciascuno con dimensioni in pianta di m. 4,5 x m. 17,5 (superficie complessiva pari a 5 x 78,75 m² = 393,8 m²).

Il letto filtrante delle unità è costituito da uno strato di sabbia quarzifera dello spessore di oltre 1,1 m, con granulometria 0,9-1 mm idonea per il trattamento di filtroflocculazione. Gli ugelli di distribuzione del flusso sono dotati di fessure di passaggio da 0,5 mm e sono disposti in ragione di 86 per ogni lastra da 1 m x 1,5 m. La batteria di 5 filtri è in grado di costituire una delle linee in cui si articola l'impianto con un carico idraulico superficiale medio di circa 6,13 m/h che, con una unità fuori servizio per il controlavaggio, vale 7,66 m/h (entro i valori di letteratura 5-10 m/h).

Relativamente al controlavaggio delle unità di filtrazione, che avviene con una frequenza di almeno 2 volte al giorno, la sequenza operativa della fase di controlavaggio è la seguente:

1. lavaggio con sola aria: circa 3 minuti;
2. lavaggio con acqua e aria: corrisponde al tempo di riempimento del volume compreso tra il livello massimo nel filtro e quello delle canalette di sfioro con un carico superficiale di 15,2 m/h (Q=1.200 m³/h) per circa 5 minuti;
3. lavaggio con sola acqua: 6 minuti al carico di 25 m/h.

Per l'aria sono installate due soffianti, di cui una di riserva, ciascuna con portata nominale di 4.000 Nm³/h, prevalenza di 6 m ca., potenza installata di 90 kW. Il carico superficiale risulta pari a 4.000/78,75 = 50,79 m/h ed è sufficiente per la destrutturazione del pacco di sabbia filtrante alla fine del ciclo.

Le tre pompe di controlavaggio (di cui una di riserva) hanno una portata di 1.200 m3/h, prevalenza di 6 m c.a. e potenza installata di 27 kW. Il carico superficiale fornito da una pompa risulta di 15,2 m/h. Tale carico è sufficiente per la fase di lavaggio con aria e acqua, ma non è sufficiente per la successiva fase di lavaggio con sola acqua che richiede carichi ≥ 20 m/h. Per tale fase entrerà in funzione la seconda pompa che porterà il carico superficiale a 30 m/h.

Disinfezione con raggi ultravioletti. Il limite batteriologico fissato dall'autorizzazione allo scarico per lo sversamento nel lago Simbirizzi è fissato in 3.000 UFC/100 ml di escherichia coli. Nella descrizione generale del processo si è già detto che, invece, per l'utilizzo irriguo diretto, il limite che compare nelle varie bozze di decreto sul riuso è assai più restrittivo, ovvero pari a 10 UFC per 100 ml nell'80% dei campioni con un massimo di 100 UFC/100 ml.

Le verifiche ed i calcoli di dimensionamento sull'impianto di Is Arenas sono state tuttavia effettuate prendendo come riferimento il parametro coliformi totali, così come contemplato dalla normativa vigente al momento della progettazione. I valori medi registrati nelle acque reflue effluenti dal trattamento biologico dell'impianto comunale di Is Arenas si attestano intorno a 25-30.000 CT per 100 ml per concentrazioni di solidi sospesi comprese tra 5 e 10 mgSS/l e intorno a 40-80.000 CT per 100 ml per concentrazioni comprese tra 8 e 15 mgSS/l.

Quando l'impianto di Is Arenas funzionerà a pieno regime, si potrà ragionevolmente assumere una concentrazione di solidi sospesi intorno a 20 mgSS/l, per la quale si possono stimare valori medi di contaminazione batterica dell'ordine di 100.000 CT per 100 ml, con punte di 150.000 CT per 100 ml.

L'impianto consortile di depurazione Is Arenas è già dotato di un trattamento di disinfezione con ipoclorito sodico che consegue, in media, un abbattimento di circa tre ordini di grandezza sui liquami effluenti dal trattamento biologico con concentrazioni di cloro residuo comprese tra 0,15 e 0,20 mgCl/l. Le acque destinate al trattamento di affinamento, tuttavia, non potranno essere preventivamente disinfettate con ipoclorito a causa della formazione di clorammine e di composti organici clorurati che tale trattamento comporta.

I trattamenti chimico-fisici e la filtrazione presenti dell'impianto consentono comunque un abbattimento non trascurabile della carica batterica (circa il 90%), in gran parte grazie alla rimozione dei solidi sospesi cui sono associate numerose colonie di microrganismi. Si è quindi assunta, a partire dal valore massimo di dimensionamento di 100.000 CT, una carica batterica nel flusso uscente dalla filtrazione da considerare per la successiva disinfezione si sia ridotta a valori pari a circa 10.000 CT per 100 ml e si è dimensionato l'impianto di disinfezione tramite UV per conseguire l'abbattimento della carica batterica di un fattore 1.000 (abbattimento del 99,9%), necessario per conseguire una carica residua inferiore a 100 CT per 100 ml.

Per garantire l'efficacia del trattamento a raggi UV, occorre comunque che l'acqua pretrattata possieda un valore di solidi sospesi inferiori a 10 mg/l e che il ferro totale sia inferiore a 1,5 mg/l. Il sistema UV installato, dotato di 576 lampade a vapori di mercurio e bassa pressione, è caratterizzato da una dose irradiata di 60 mWs/cm2, da un tempo di contatto di 7 secondi con resa UV di ciascuna lampada (254 nm) di 125 W e con potenza unitaria di 275 W.

L'impianto a raggi UV, per garantire l'efficienza di trattamento richiesta, funziona mantenendo costante il livello di sommergenza delle lampade al variare della portata addotta alla disinfezione, allo scopo sia di impedire la creazione di lame d'acqua al di sopra delle lampade sia di evitare che le lampade rimangano scoperte al diminuire delle portata stessa. Tale sistema si avvale di paratoie a stramazzo regolabili comandate automaticamente attraverso un sensore di livello ultrasonoro.

Il sistema di disinfezione UV è dotato altresì di un sistema di pulizia automatico delle lampade attraverso una guida pneumatica montata su ogni modulo di lampade che fa scorrere sui quarzi delle lampade stesse dei manicotti in teflon. La gestione del sistema UV viene effettuata mediante PLC attraverso il controllo, in funzione della portata affluente, della dose UV applicata (dose pacing).

Disinfezione finale con biossido di cloro. L'impianto di produzione e dosaggio di ClO₂, che risultava già disponibile nell'ambito dell'impianto di finissaggio esistente realizzato nel 1990 dal Comune di Cagliari, dispone di una vasca di contatto del volume di circa 400 m³. Il volume di contatto aumenta notevolmente se si tiene conto della condotta di mandata dall'impianto di trattamento al lago Simbirizzi, del diametro di 1.400 mm e della lunghezza di 6.659 m (circa 10.000 m³). Il tempo di contatto complessivo, alla portata di progetto, risulta quindi pari a 5+125 = 130 minuti.

Il sistema di produzione e dosaggio di biossido di cloro, anche questo già disponibile nell'ambito dell'impianto di finissaggio esistente, dispone di due generatori da 10.000 g/h ciascuno. Ciò corrisponde, alla portata di progetto, ad un dosaggio complessivo di 4 mg/l, inferiore al dosaggio massimo di biossido di cloro di 2,5 mg/l che si utilizza per acque reflue sottoposte a trattamento biologico e terziario, e necessario per compensare soprattutto l'ossidazione dei composti organici residui presenti nell'acqua trattata.

La vasca di disinfezione finale rappresenta altresì la vasca di presa della centrale di sollevamento che convoglia le acque, mediante la già citata condotta, nel lago di Simbirizzi.

5.2. La linea fanghi

La linea fanghi è stata dimensionata per trattare i fanghi prodotti dalle tre linee in cui si articolerà l'impianto nel suo assetto definitivo. Le portate di fango sono infatti di circa due ordini di grandezza inferiori a quelle dell'acqua trattata e non sono tali da giustificare la realizzazione dei manufatti in più lotti. Inoltre in un primo tempo, con le minori portate trattate, la linea fanghi, essendo caricata al di sotto della potenzialità massima, consente di produrre fanghi a maggior tenore di secco (e quindi minori quantità di fango umido da smaltire a discarica), con un minor impegno di personale. Ciò si traduce in minori costi operativi che compensano gli oneri finanziari derivanti dall'investimento anticipato.

Con un valore di solidi sospesi in ingresso all'impianto di 30 gSS/m³, i solidi sospesi rimossi dal trattamento chimico-fisico e dalla filtrazione, cui si sommano i solidi generati dalla precipitazione della sostanza organica solubile, sono pari a 77 gSS/m³, cui corrisponde, alla portata di progetto, una massa giornaliera massima di 9 tSS/giorno.

La linea di trattamento dei fanghi prodotti dall'impianto di defosfatazione deve trattare due flussi non omogenei, provenienti rispettivamente dal trattamento chimico-fisico e dalla successiva filtrazione. Al fine quindi di ottenere dei tenori di secco simili, ed una portata costante in ingresso alla sezione di ispessimento, le acque di controlavaggio dei filtri vengono accumulate in un bacino di equalizzazione per poi essere inviate alla sezione di sedimentazione.

Dalla sedimentazione a servizio del trattamento chimico-fisico si deriva una portata di fanghi abbastanza costante nel tempo e caratterizzata da un tenore di secco di circa l'1,5% (pari a 15 g/l). Invece le acque torbide generate dalle operazioni di controlavaggio dei filtri sono discontinue, in relazione alla frequenza dei lavaggi, e, generalmente, caratterizzate da concentrazioni di sostanze solide in sospensione dell'ordine di 0,5-1 g/l.

Le acque di controlavaggio, previo accumulo in un bacino di equalizzazione che rende costante la portata addotta, vengono pertanto fatte sedimentare per portare il tenore di secco ad un valore analogo a quello dei fanghi estratti dalla sedimentazione annessa al trattamento chimico-fisico.

A valle della sedimentazione, i fanghi estratti vengono miscelati con quelli provenienti dal trattamento chimico-fisico e sottoposti ad ispessimento meccanico, finalizzato a incrementare il tenore di secco dall'1,5 al 5-6%. In questo modo è possibile ottenere le massime rese dalla disidratazione finale, con filtropresse a piastre, e raggiungere tenori di secco di almeno il 30%.

Tenori di secco del 5-6% possono difficilmente essere ottenuti mediante ispessimento a gravità, mentre si possono conseguire agevolmente mediante centrifughe o tavole drenanti, simili, dal punto di vista meccanico e funzionale, alla prima sezione delle presse a nastro.

Le centrifughe comportano maggiori costi di impianto e maggiori consumi energetici rispetto alle tavole drenanti, ma comportano consumi di polielettrolita molto più contenuti e richiedono minore impegno di personale. La centrifuga è stata comunque preferita, al di là della lieve convenienza economica complessiva, soprattutto per la maggiore semplicità di conduzione (insensibilità del processo al dosaggio di polielettrolita, minore necessità di interventi di pulizia e manutenzione).

La disidratazione finale avviene tramite filtropresse a piastre, in grado di portare il tenore di secco al 30-35%. Considerata la natura dei fanghi (prevalentemente chimica e non organica), viene effettuato un semplice condizionamento con polielettrolita, senza aggiunta di calce, né di ulteriore cloruro ferrico.

In sintesi, la filiera della linea fanghi è così composta:

• Equalizzazione delle acque di controlavaggio. La sezione è costituita da una vasca rettangolare del volume utile di bilanciamento pari a 297 m³, dotata di due areatori e che consente di addurre, a fronte di una portata scaricata durante i controlavaggi di 425 m³/h, una portata costante alla sezione di sedimentazione di 283 m³/h.
• Sedimentazione dei fanghi di controlavaggio. La sezione è costituita da una vasca circolare del diametro di 15 metri e volume di 442 m³ dotata di raschiafanghi e che consente di ottenere, attraverso un dosaggio di polielettrolita di 1 mg/l, una concentrazione del fango di circa 15 kgSS/m³.
• Miscelazione dei fanghi. La sezione è costituita da una vasca rettangolare dove viene miscelato, attraverso un elettroagitatore, il fango di supero proveniente dal trattamento chimico-fisico con il fango ottenuto dalla sedimentazione del fanghi di controlavaggio; costituisce altresì la vasca di carico del sollevamento fanghi alla successiva fase di ispessimento.
• Ispessimento meccanico. È previsto un ispessimento meccanico del fango mediante centrifuga da 55 m³/h (potenza motore da 45kW) che consente di ottenere, attraverso un dosaggio di polielettrolita di circa 4 mg/l, una concentrazione del fango fino a circa 50 kgSS/m³.
• Accumulo fanghi da disidratare. La sezione è costituita da una vasca circolare del diametro di 15 metri e volume di circa 600 m³ dotata di ponte raschiafanghi; consente di equalizzare la portata dei fanghi in modo che la sezione di filtropressatura funzioni, tra l'altro, esclusivamente nei giorni feriali.
• Disidratazione dei fanghi. Previo sollevamento dalla vasca di accumulo, la disidratazione meccanica del fango è ottenuta mediante due filtropresse a piastre, aventi una potenzialità giornaliera (5 giorni su 7) di circa 15 tSS/giorno, che consente di ottenere, attraverso un dosaggio di polielettrolita di circa 2 kg/tSS, un tenore di secco del fango fino al 30-35%. Il sistema è altresì dotato di un sistema automatico di pulizia delle tele con acqua ad alta pressione.

5.3. I servizi generali

Sono state realizzate le sezioni di produzione dei reagenti quali cloruro ferrico, anidride carbonica, polielettrolita, le linee di trasporto dei reattivi, dei surnatanti e le linee di servizio. Il progetto ha poi previsto, oltre alla realizzazione di tutti gli impianti elettrici (impegno di potenza di 800 kW) con relativi quadri mcc, la costruzione di un edificio servizi che contiene i locali per il personale e un laboratorio attrezzato per l'analisi in fase di esercizio di tutti i principali parametri chimici, fisici e batteriologici. È altresì stato realizzato un sistema per la supervisione ed il controllo del processo.

Per effettuare una valutazione immediata in campo dello stato di funzionamento dell'impianto di trattamento terziario di defosfatazione, è stato previsto, lungo la filiera di trattamento, un sistema di monitoraggio in continuo (figura 4) di alcuni parametri fondamentali, come portate in ingresso ed in uscita dalle unità di trattamento, pH, torbidità, conducibilità, azoto ammoniacale e cloro residuo.

5.4. La realizzazione dell'opera

I lavori del primo modulo dell'impianto terziario sono stati aggiudicati all'Impresa 'Giovanni Putignano e figli' di Noci (BA) attraverso il cosiddetto appalto integrato e, ottenuta l'approvazione del progetto esecutivo da parte del Commissario straordinario per l'emergenza idrica nel gennaio 2000, sono stati consegnati all'impresa nel marzo 2000. Le opere, che hanno avuto un costo a consuntivo di circa 11 mld di lire, sono state ultimate nell'ottobre 2001.

È poi seguito un periodo di avviamento dell'impianto stesso, con il ricircolo in testa all'impianto dell'acqua trattata, che è durato oltre cinque mesi. I lavori sono stati definitivamente collaudati nel maggio del 2002.

Nel frattempo è stato perfezionato l'iter autorizzativo per lo scarico nel lago di Simbirizzi (autorizzazione dell'Amministrazione provinciale n. 34/99, integrata con provvedimento n. 17848/02 del 3 maggio 2002). Il provvedimento autorizzativo ha imposto all'Ente una serie di vincoli riguardanti le attività di controllo e monitoraggio, e soprattutto il rispetto di tutti i limiti di emissione previsti dalla tabella 3 all. 5 del D.Lgs. 152/99 per scarico in area sensibile, con valori più restrittivi per alcuni parametri quali l'azoto ammoniacale e nitroso, il fosforo totale e l'escherichia coli.

Durante il citato periodo di avviamento sono stati tenuti sotto controllo tutti i parametri chimici, fisici e batteriologici sia del refluo in entrata all'impianto terziario che di quello in uscita: pH, temperatura, torbidità, conducibilità, solidi sospesi, cloruri, S.A.R., ferro totale, ferro disciolto, N-NH3, N-NO2, N-NO3, N-N_tot, P-P_tot, P-P_tot(disciolto), P-PO4 (reattivo), BOD, COD, TOC, cloro residuo totale, cloro residuo libero, coliformi fecali, coliformi totali, streptococchi fecali ed escherichia coli.

Dall'analisi dei parametri più significativi si è rilevato che, relativamente al fosforo totale, dopo un primo assestamento del nuovo impianto, si sono ottenuti abbattimenti dell'ordine dell'85÷90%, ovvero - a fronte di un fosforo totale in ingresso di 1,50÷2,50 mg/l - all'uscita dall'impianto si sono avuti valori di fosforo totale di 0,15÷0,25 mg/l e ciò in linea con le previsioni progettuali.

Nello specifico, il giorno 22 marzo 2002, a seguito delle prove di funzionamento in contraddittorio contrattualmente previste, le analisi svolte presso un laboratorio ufficiale hanno riscontrato un valore di 0,23 mg/l a fronte di un valore in ingresso di 2,58 mg/l.

Relativamente poi ai parametri batteriologici si riscontra che, con un valore in ingresso di 15.000÷20.000 coliformi totali/100ml, l'impianto ha fornito degli abbattimenti tra il 100% ed il 99,5%, ottenendo valori in uscita compresi tra 0 e 100 UFC/100 ml. Nello specifico, sempre il giorno 22 marzo 2002, a seguito delle citate prove, si è riscontrato un valore in uscita di 5 UFC/100ml contro un ingresso di 770.000 UFC/100ml (efficienza del 99,999%). Il parametro escherichia coli è risultato di 0 UFC/100ml, a fronte di un valore in ingresso di 165.000 UFC/100ml.

Una nota a parte merita l'andamento dei cloruri e dell'azoto nelle varie forme, non tanto per dimostrare l'efficienza dell'impianto, ma al contrario per evidenziare come tali parametri non siano assolutamente influenzati dal trattamento terziario. I valori in ingresso ed in uscita dal terziario, che hanno di fatto oscillato tra i 400 ed i 500 mg/l per i cloruri e tra 3 e 18 mg/l per l'azoto totale, sono risultati infatti pressoché sempre identici.

6. L'esercizio ordinario

Una volta terminato il periodo di avviamento, e sulla scorta dei risultati delle analisi effettuate, che risultavano pienamente compatibili con il provvedimento autorizzativo, nella seconda decade di maggio 2002 l'impianto è stato posto in esercizio ordinario, mediante il convogliamento della portata trattata nel serbatoio del Simbirizzi. In quel momento nel lago erano presenti circa 1,5 milioni di metri cubi. A tutt'oggi la portata immessa nel Simbirizzi è stata di circa 3.000.000 di m³, con punte giornaliere di oltre 50.000 m³ e portate istantanee di oltre 1 m³/s.

Durante il periodo è stato effettuato il puntuale controllo dei parametri fisico-chimici e batteriologici dell'acqua trattata, in particolare per le diverse forme di fosforo presenti nell'effluente, direttamente nel laboratorio dell'impianto e successivamente presso i laboratori dell'Ente.

Il Servizio Gestione risorsa e quello di Tutela Acque e Salvaguardia del Territorio dell'EAF, nelle more del perfezionamento del finanziamento relativo al Piano di monitoraggio completo, stanno tenendo costantemente sotto stretto controllo, secondo le linee guida previste dal citato Piano, sia i principali parametri relativi all'effluente dall'impianto di trattamento sia il comportamento del lago di Simbirizzi in cui viene sversata la portata trattata. A garanzia inoltre del corretto funzionamento del sistema le acque vengono altresì sottoposte ad ulteriori analisi relative ad altri parametri di tipo C4 (DPR n. 236/88).

Tale attività di controllo consente di prevenire la contaminazione dell'effluente dall'impianto terziario in dipendenza di disservizi dell'impianto di trattamento o di immissioni non controllate e pericolose nella rete fognaria cittadina. Inoltre viene tenuto sotto osservazione permanente lo stato di qualità ambientale del Simbirizzi in modo da poter meglio calibrare le regole di gestione del nuovo impianto e pervenire quanto prima alla piena utilizzazione dei reflui depurati senza rischi per l'ecosistema lacustre.

In proposito si sono individuati all'interno del lago cinque punti di prelievo, ciascuno a tre diverse profondità, dai quali vengono prelevati settimanalmente dei campioni atti alla verifica di numerosi parametri.

Nel corso di questi primi mesi di esercizio si è riscontrato, oltre al corretto funzionamento delle varie sezioni di trattamento dell'impianto, il pieno rispetto dei parametri di scarico imposti dal provvedimento autorizzativo. In particolare si evidenzia che, relativamente ai parametri più restrittivi imposti dall'autorizzazione, il fosforo totale in ingresso al lago di Simbirizzi è stato sempre al di sotto del valore imposto di 0,5 mg/l, così come l'azoto nitroso ha oscillato tra 0,01 e 0,5 mg/l e l'azoto ammoniacale non ha mai superato il valore di 2 mg/l.

Relativamente poi al comportamento del lago di Simbirizzi - che si ricorda possedeva, all'inizio dello sversamento, un modestissimo volume di circa 1,5 Mmc - in questi primi mesi di apporti di acque reflue depurate è emerso, coerentemente con quanto preventivato dalle simulazioni teoriche, che non si sono avute variazioni di rilievo dei principali parametri chimici e microbiologici.

In particolare il fosforo totale è risultato compreso tra 0,20 e 0,30 mg/l mentre, a fronte di una sostanziale costanza del parametro escherichia coli (compreso costantemente tra valori di 20-30 UFC/100 ml) e del boro (sempre inferiore a 0,30 mg/l), i primi risultati di screening tossicologico (vibrio fischeri) sono risultati negativi.

Si sono riscontrate, anche qui in piena coerenza con le simulazioni teoriche, delle variazioni del pH del lago (da valori di circa 8,2 a valori intorno a 9) e delle forme azotate, nonché un significativo aumento della concentrazione di cloruri (si è passati da 270 mg/l all'inizio dello sversamento a circa 500 mg/l).

In relazione a tale aumento si rileva che il refluo depurato dall'impianto di Is Arenas è caratterizzato da un elevato tenore di cloruri (circa 500-600 mg/l in media) che nei mesi estivi aumenta fino a raggiungere gli 800 mg/l. Si deve, infatti, tenere presente che il valore fisiologico dei cloruri in un'acqua reflua di un agglomerato costiero è pari a circa 350-400 mg/l. L'EAF ha da tempo attivato, in collaborazione con il Comune di Cagliari, un'indagine sulla rete fognaria per meglio comprendere le cause di questa elevata salinità. I risultati di questa indagine, terminata nell'aprile 2001, evidenziavano fra le cause lo sversamento di acque di aggottamento da parte di grossi edifici posti a ridosso del viale Colombo.

Il Comune di Cagliari, nello spirito di fattiva ed operosa collaborazione che lo ha contraddistinto nelle fasi sia progettuali che operative, ha in corso una serie di interventi sul collettore fognario al fine di eliminare le intrusioni saline nella rete fognaria cittadina e portare i cloruri ad un valore fisiologico. In assenza di questi interventi, e soprattutto in situazioni di siccità e quindi di scarsa diluizione, appare ovvio che si dovrà operare una miscelazione con una quantità superiore di acque fresche nel lago di Simbirizzi, ovvero limitare la portata derivata dall'impianto di defosfatazione.

7. Il piano di monitoraggio

Parallelamente all'attività di costruzione delle infrastrutture dell'impianto terziario di defosfatazione, il Servizio Tutela Acque e Salvaguardia del Territorio dell'EAF ha elaborato un dettagliato piano di monitoraggio riguardante tutto il sistema idraulico compreso fra l'uscita dallo stadio di defosfatazione e l'utilizzo in campo della risorsa recuperata.

Scopo del piano di monitoraggio è da un lato garantire la conservazione dello stato di qualità ambientale del lago Simbirizzi, anche mediante l'adozione di una regola di gestione che consenta il controllo dei carichi di nutrienti in ingresso al lago; dall'altro assicurare un puntuale controllo in campo al fine di poter effettuare la gestione dell'intero sistema in modo efficiente ed efficace sin dalla prima fase di avvio sperimentale, massimizzando i volumi utilizzabili e riducendo al minimo i rischi per il lago, le colture, il suolo e la salute pubblica.

Nel suddetto piano viene altresì delineata la regola gestionale da adottare nella fase di avvio sperimentale del sistema. È infatti evidente che la scelta della regola di gestione nella fase di avvio riveste un'importanza decisiva nella complessiva strategia di utilizzazione della risorsa, in quanto deve consentire, sin dalla fase iniziale, il massimo uso della risorsa minimizzando i rischi diretti ed indiretti connessi all'uso della risorsa medesima.

Si evidenzia infatti che non risulta sufficiente un semplice controllo delle concentrazioni delle sostanze in ingresso al lago, pure indispensabile per monitorare eventuali fenomeni di inquinamento acuto, ma - nello spirito del D.Lgs. 152/99 - è necessario verificare anche i carichi totali e, in particolare, considerato lo stato già trofico del Simbirizzi, il carico di nutrienti.

Partendo da queste considerazioni, e sulla scorta della conoscenza delle caratteristiche del refluo di Is Arenas e dei primi risultati della sperimentazione su colonne lisimetriche, la regola di gestione si pone i seguenti obiettivi:

• limitare il carico di fosforo in ingresso al serbatoio;
• limitare il carico di azoto in ingresso al serbatoio;
• evitare la formazione nel lago di ammoniaca indissociata;
• limitare la eccessiva concentrazione in lago di alcuni elementi ritenuti potenzialmente pericolosi (boro e cloruri).

In particolare, sulla base di una simulazione dei dati disponibili (caratteristiche chimiche dell'acqua del lago e dell'effluente di Is Arenas) è emerso che per il primo anno è possibile derivare un volume di circa 8-8.5 milioni di metri cubi. Detto valore dipende fortemente dalla efficienza di trattamento raggiunta all'uscita dello stadio secondario di Is Arenas e rappresenterebbe circa il 40% dell'intero apporto naturale al Simbirizzi, potendosi quantificare in circa 12 Mm³/anno l'apporto minimo derivabile dal bacino del Fluminimannu. Tale miscelazione è, nella fase di avvio, un buon compromesso fra l'esigenza di massimizzare i volumi utilizzabili e l'esigenza di verificare in campo l'effetto della somministrazione di acque reflue depurate.

Fra l'altro il rapporto di miscelazione ipotizzato consente anche di controllare, abbassandole, le concentrazioni di quegli elementi per i quali la sperimentazione di laboratorio ha messo in luce potenziali fenomeni di accumulo nel terreno, come il boro, o come i cloruri, che in elevate concentrazioni limitano l'uso della risorsa.

Il piano si propone, per un orizzonte temporale di quattro anni, di monitorare dettagliatamente - in una serie di punti di prelievo - una rilevante quantità di parametri chimico-fisici, limnologici e microbiologici (oltre 100 differenti parametri) quali:

• uscita impianto di defosfatazione;
• lago Simbirizzi (localizzazioni differenti);
• uscita lago Simbirizzi;
• secondo tronco canale sud - est Casello RAI;
• parcelle sperimentali in campo.

Limitatamente alla parte microbiologica si segnalano i seguenti parametri:

1. coliformi totali, quali indicatori storici del livello di contaminazione biologica;
2. coliformi fecali, quali indicatori storici del livello di contaminazione biologica;
3. streptococchi fecali, quali indicatori storici del livello di contaminazione biologica;
4. escherichia coli, come indicatore di fecalizzazione citato nel D.Lgs 152/99 e riportato dall'autorizzazione allo scarico;
5. batteriofagi anti-Escherichia coli, come indicatori della presenza di particelle virali;
6. salmonella come patogeno ed indicatore di germi patogeni enterici;
7. vibrio cholerae come patogeno possibilmente circolante nella regione in particolari condizioni climatiche e in grado di sopravvivere in peculiari condizioni chimiche e trofiche.

A completamento del sistema di monitoraggio descritto, sono altresì previste anche una serie di analisi tossicologiche e, in particolare il test di tossicità con vibrio fisheri, daphnia magna e semi di lactuca sativa, unitamente al rilevamento della presenza di alghe tossiche e alla identificazione di una loro presunta capacità di produrre tossine.

Il piano di monitoraggio, a prescindere dall'effettiva attribuzione di competenze, e nell'ottica ormai generalizzata di studiare le problematiche connesse all'impiego in agricoltura di qualunque tipo di acqua, ed a maggior ragione quella reflua depurata, al fine di valutarne gli effetti sui suoli, ha previsto tutta una serie di riscontri in campo di tipo agronomico connessi all'uso prolungato di questa risorsa.

Sulla scorta dei risultati della sperimentazione preliminare già ottenuti dall'Ente Flumendosa, il piano ha previsto di condurre un attento monitoraggio su grosse parcelle sperimentali, in modo da coniugare in un unico sistema l'attività di verifica di pieno campo e l'attività tipica della sperimentazione a scala parcellare.

È stato inoltre previsto il controllo della falda superficiale del Campidano meridionale, individuando opportunamente una serie di pozzi a monte ed a valle della zona di comprensorio irriguo irrigato con l'acqua del Simbirizzi, che ammonta a circa 10.000 ettari. Un monitoraggio completo, infine, non può prescindere da controlli da effettuarsi a carico della coltura. In particolare si prevede la messa a coltura di una sola specie per sito e si sceglierà la specie coltivata tra le più diffuse nella stessa zona ed in particolare sulle ortive.

Il piano di monitoraggio, che ha un costo annuo preventivato di circa 850.000 euro e che rappresenta il coronamento indispensabile per l'attività di recupero reflui, è stato presentato alla Regione per essere ammesso a finanziamento POR.

8. I costi del trattamento terziario

Secondo le previsioni progettuali, i costi di esercizio delle opere realizzate - senza tenere conto degli ammortamenti e dei costi del piano di monitoraggio iniziale - sono riassumibili nel prospetto qui sopra (figura 5), tenendo conto del fatto che, nelle more della conclusione di tutti i collegamenti fognari al depuratore, il volume massimo trattabile dal depuratore, in assenza totale di restrizioni sull'erogazione idropotabile, è di circa 30 Mmc.

9. Conclusioni

L'iter che si è appena concluso positivamente con l'avviamento ed il collaudo dell'impianto di defosfatazione di Is Arenas apre una nuova fase che riguarda la gestione ottimale del nuovo sistema idrico nel quale entrano a far parte, a pieno titolo, anche i reflui depurati. I risultati dei primi mesi di monitoraggio, sia delle acque in uscita dall'impianto che di quelle del lago Simbirizzi, hanno confermato quanto preventivato in fase di studio preliminare, e cioè che l'apporto di risorse reflue depurate è compatibile con il sistema Simbirizzi a patto che venga applicata una corretta regola gestionale.

Risulta infatti necessario individuare, in particolare per le problematiche connesse alla presenza di cloruri e per quelle derivanti dall'aumento delle varie forme azotate e sulla scorta delle esperienze e dei dati via via acquisiti, una opportuna scelta di gestione per determinare l'ottimale grado di miscelazione della risorsa, da assicurare mediante le acque fresche da invasarsi nel lago Simbirizzi.

Al fine inoltre di migliorare l'esercizio ordinario e di massimizzare la risorsa resa disponibile con l'impianto di trattamento reflui, è parallelamente necessario che il Comune di Cagliari prosegua negli interventi tesi alla già citata drastica riduzione delle intrusioni saline nella rete fognaria cittadina e, in relazione all'obiettivo di minimizzare le concentrazioni dell'azoto in ingresso all'impianto terziario, costruire la già prevista sezione di denitrificazione all'interno dell'impianto di depurazione di Is Arenas.

È infine indispensabile che venga reso operativo il "Programma di monitoraggio dell'utilizzo a scopo irriguo del refluo depurato dell'impianto di Is Arenas e di verifica della salvaguardia dell'ecosistema del lago Simbirizzi", già elaborato dall'Ente al fine di tenere sotto stretto controllo lo stato di qualità ambientale del Simbirizzi. Calibrando la regola di gestione del nuovo impianto, si dovrà pervenire quanto prima alla piena utilizzazione dei reflui depurati senza rischi per l'ecosistema lacustre, controllando nel contempo gli effetti in campo della somministrazione di acque reflue ai diversi gradi di miscelazione.

Corrado Rossi