Studio sperimentale della depurazione di acque grigie mediante muri verdi
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ambiente
DX.DOI.ORG/10.19199/2021.1.1121-9041.05
Elisa Costamagna*
Bianca Raffaelli*
Studio sperimentale Silvia Fiore*,**
Fulvio Boano*,**
della depurazione di acque * DIATI (Dipartimento di Ingegneria
per l’Ambiente, il Territorio e le
grigie mediante muri verdi Infrastrutture), Politecnico di Torino
** CleanWaterCenter@PoliTo,
Politecnico di Torino
Experimental study of greywater treatment through green walls. Among natu- Corresponding author: Fulvio Boano
re-based solutions (NBSs), green walls represent a key technology in the urban context be-
cause of the low energy demand and of the many ecological and social outcomes. This work
presents the results of the experimental study at laboratory scale of the treatment of greywa-
ter (e.g. domestic wastewater excluding toilet flushes) through a green wall. It is made of two condo la configurazione e le con-
modular panels (1-set up for this study and 2-in use for 15 months), made of twelve pots dizioni ambientali, corrispondenti
arranged on four columns and three rows, and filled with a mix of coconut and perlite and
different ornamental plant species. The green wall was fed discontinuously with 96 L/d of syn-
a rimozioni pari a 7-99% per l’azo-
thetic greywater for two months during the winter season. The treatment performances of the to totale, 25-99% per la doman-
two panels were very high about total suspended solids (>87%), biological oxygen demand da biologica di ossigeno (BOD5),
(>98%) and chemical oxygen demand (~80%), in agreement with literature. Panel 1 excee- 28-97% per la domanda chimica
ded the performances of panel 2 only about total suspended solids (96% vs 87%), probably di ossigeno (COD) e 32-100% per
because of a clogging phenomenon. This study proved the efficiency of green walls towards l’Escherichia coli. Tra le configura-
greywater treatment in challenging experimental conditions, as winter temperature and high zioni esistenti possibili, i muri ver-
hydraulic loading rate. di a flusso verticale, costituiti da
Keywords: green wall, greywater, reuse, nature-based solution, treatment, filter media. pannelli su cui sono montati vasi
contenenti specie vegetali e un
mezzo poroso filtrante, sono stati
Le tecnologie basate su processi tetti per la costruzione di muri particolarmente sperimentati per
naturali “proteggono e ristorano verdi e tetti verdi può rappresen- il trattamento delle acque grigie.
ecosistemi naturali o modificati, tare un’ottima soluzione (Francis In particolare, sono stati messi a
gestiscono efficacemente e si adat- & Lorimer, 2011). confronto mezzi filtranti a base di
tano alle sfide sociali, provocando Alcuni studi recenti (Boano et sabbia (Masi et al., 2016; Fowdar
allo stesso tempo effetti positivi al., 2020a; Boano et al., 2020b) et al., 2017), argilla espansa (Svete,
al benessere umano ed alla biodi- hanno dimostrato l’efficacia dei 2012; Masi et al. 2016; Prodanovic
versità” (IUCN, 2016). Esse sono muri verdi rispetto alla depura- et al., 2017; Pradhan et al., 2020),
state identificate dalla Commis- zione di acque grigie (la quota fibra di cocco (Masi et al. 2016;
sione Europea (EC, 2015) come di acque reflue domestiche che Prodanovic et al., 2017; Boano et
soluzioni efficienti e sostenibili esclude gli scarichi dei WC) e che al., 2020b; Pradhan et al., 2020)
per migliorare la resilienza delle in Europa, Nord America e Asia e perlite (Prodanovic et al., 2017;
aree urbane, contrastare gli effetti corrisponde a circa 0.1 m3/giorno/ Boano et al., 2020b; Pradhan et
dei cambiamenti climatici, ridurre abitante. Le acque grigie, rispetto al., 2020). Per quanto riguarda le
il consumo di fonti pregiate di ac- alle acque reflue domestiche, sono specie vegetali, esse devono esse-
qua e preservare i sistemi naturali. caratterizzate da concentrazioni di re selezionate tra quelle in grado di
In generale, le tecnologie basate inquinanti inferiori (Boutin and sopportare elevati volumi di acqua
su processi naturali imitano i pro- Eme, 2016), e ben si prestano a e carichi inquinanti relativamente
cessi naturali in contesti urbani e un trattamento in situ, consenten- contenuti, salvaguardando l’este-
in varie applicazioni, con minime do successivamente il riuso delle tica per favorire l’inserimento dei
richieste di energia e sostanze chi- acque depurate per usi domestici muri verdi nel contesto urbano
miche e fornendo benefici ecologi- non potabili (es. scarico dei WC). (Castellar da Cunha et al., 2018;
ci e sociali. Uno degli aspetti critici La letteratura esistente sulla de- Pradhan et al., 2019).
della applicazione di tali tecnologie purazione di acque grigie me- Nonostante la presenza in let-
nel contesto urbano è la mancanza diante muri verdi (Pradhan et al., teratura di vari studi riguardan-
di spazio, pertanto l’uso delle su- 2019; Boano et al., 2020a) riporta ti l’applicazione di muri verdi
perfici verticali degli edifici e dei efficienze depurative variabili se- al trattamento di acque grigie,
Geoingegneria Ambientale e Mineraria, Anno LVIII, n. 1, aprile 2021, 5-9 5
environment rimangono ancora da esplorare (fig. 1) montati all’aperto, sui quali secondo cicli con periodicità oraria aspetti cruciali a supporto dell’im- sono fissati 12 vasi aventi dimen- (4 L/h erogati per 15 minuti, 45 plementazione in piena scala di sioni 18 × 18 × 22 cm disposti su minuti di pausa), corrispondenti questa soluzione tecnologica; in 4 colonne e 3 righe, riempiti di un a una portata giornaliera comples- particolare, la valutazione delle mezzo filtrante (miscela di fibra di siva alimentata a ciascun pannello prestazioni a medio e lungo ter- cocco e perlite, materiali comune- di 96 L/giorno, equivalente alla mine dei muri verdi, la massimiz- mente utilizzati per la coltivazione portata giornaliera di acqua grigia zazione delle prestazioni depura- di piante ornamentali), e conte- prodotta da 1 abitante. Le precipi- tive in presenza di portate elevate nenti specie vegetali ornamentali tazioni giornaliere nel periodo del- e concentrazioni di inquinanti diverse in ogni riga: Carex morrowii la ricerca (gennaio-febbraio 2021) variabili e la minimizzazione del- (prima riga dall’alto), Hedera helix sono state trascurabili rispetto al la complessità e delle dimensioni (seconda riga), Lonicera nitida (ter- volume giornaliero di acqua grigia della struttura del muro verde. za riga). Ciascuna colonna costitu- fornito al sistema. Il muro verde è Questo lavoro presenta i risulta- isce un sistema a flusso verticale costituito da due pannelli: uno av- ti dello studio sperimentale del- indipendente alimentato in modo viato appositamente per la ricerca le prestazioni di un muro verde, discontinuo. L’acqua grigia, con- (pannello 1) ed uno in uso da circa composto da pannelli modulari, tenuta in un serbatoio da 1.5 m3 15 mesi (pannello 2). Per ciascun rispetto alla depurazione di ac- periodicamente miscelato da una pannello sono state analizzate tre qua grigia artificiale alimentata pompa automatica, viene fornita colonne, da intendersi come repli- in condizioni di alto carico idrau- con un sistema automatico di irri- che della medesima configurazio- lico e di temperature invernali. Lo gazione a goccia a ciascuna colonna ne. studio confronta le prestazioni di due pannelli, uno appena instal- lato e un altro in uso da circa 15 mesi, mediante un’attività di mo- nitoraggio protratta per 2 mesi (gennaio-febbraio 2021) e analiz- zando le variazioni dei parametri fisico-chimici in ingresso e in usci- ta ai pannelli. 2. Materiali e metodi 2.1. Acqua grigia Al fine di garantire la replicabili- tà della ricerca, l’acqua grigia è stata preparata adottando una composi- zione di riferimento (Diaper et al., 2008), con frequenza settimanale. La composizione dell’acqua grigia adottata è la stessa utilizzata in studi precedenti sulla depurazio- ne di acqua grigia con muri verdi (Fowdar et al., 2017; Prodanovic et al., 2017). 2.2. Apparato sperimentale Il muro verde utilizzato nell’at- tività di ricerca è costituito da due pannelli metallici modulari da 1 m2 Fig. 1 – Struttura e schema di funzionamento di un pannello modulare. 6 Aprile 2021
ambiente
2.3. Campionamento e
procedure analitiche
Le operazioni di raccolta dei
campioni in uscita da ogni colon-
na e dell’acqua grigia alimentata
ai pannelli sono state svolte nel
periodo gennaio-febbraio 2021,
per un totale di 6 date di campio-
namento e 42 campioni raccolti e
analizzati. Le analisi dei campioni
hanno riguardato: temperatura,
pH, conducibilità elettrica (CE) e Fig. 2 – Andamento dei solidi sospesi totali (SST) nel periodo di monitoraggio.
ossigeno disciolto (OD) mediante
una sonda portatile WTW Multi
3320 dotata di appositi sensori; ducibilità elettrica, non sono state uscita da entrambi i pannelli sono
solidi sospesi totali (SST) me- riscontrate differenze significative decisamente ridotte, con valori lie-
diante filtrazione su membrane tra i valori dell’acqua grigia (699 vemente inferiori per il pannello 1
di cellulosa avente ritenzione 0.45 ± 10 μS/cm) e quelli in uscita dai (1.7±2.4 mg/L) rispetto al pannel-
?m; domanda chimica di ossigeno pannelli (699 ± 12 μS/cm e 707 lo 2 (4.2 ± 3.9 mg/L); i valori mag-
(COD) mediante kit Nanocolor ± 12 μS/cm, rispettivamente per giori per il secondo pannello sono
COD 1500 HR, un termoreattore i pannelli 1 e 2), suggerendo l’as- soprattutto legati a un episodio di
VELP COD ECO 16 e un fotometro senza di fenomeni significativi di intasamento – e successivo rilascio
AL450 Multidirect; domanda bio- rilascio di sali da parte del mezzo di solidi – del dreno di un singolo
logica di ossigeno (BOD5) median- filtrante. vaso verificatosi il 10/02/2021.
te un incubatore VELP FOC 215E. Considerando l’andamento dei L’analisi delle serie temporali mi-
SST (fig. 2), nel periodo di cam- surate ha fornito valori di efficien-
pionamento le concentrazioni za di trattamento pari a 96 ± 3%
nell’acqua grigia si sono attestate (pannello 1) e 87 ± 17% (pannello
3. Risultati e discussione su un valore medio pari a 42.4 ± 2). Il pannello più recente sembra
21.3 mg/L, e sono state caratteriz- quindi mostrare una maggiore ef-
La campagna di monitoraggio zate da alcune variazioni (in par- ficacia nella rimozione dei solidi
si è svolta nel periodo invernale, ticolare nel campionamento del sospesi, sebbene tale differenza sia
e conseguentemente sono stati 03/02/2021), presumibilmente principalmente legata all’episodio
riscontrati valori di temperatu- legate a processi di sedimentazio- di intasamento del 10/02/2021
ra relativamente bassi per tutti i ne e ri-sospensione all’interno del precedentemente descritto.
campioni di acqua analizzati. La serbatoio. Nonostante le variazio- Prendendo in esame l’andamen-
temperatura media dell’acqua gri- ni nelle caratteristiche dell’acqua to del BOD5 (fig. 3), ad eccezione
gia è stata pari 7.6 ± 2.6°C mentre grigia, le concentrazioni di SST in del 13/01/2021 (il cui valore è sta-
i campioni in uscita dai pannelli
hanno mostrato temperature infe-
riori (6.0 ± 3.2°C e 5.6 ± 2.7°C), in
quanto il serbatoio dell’acqua gri-
gia è caratterizzato da un’inerzia
termica maggiore rispetto al muro
verde. Durante il passaggio attra-
verso il muro verde il pH dell’acqua
è leggermente aumentato, passan-
do da valori sostanzialmente neu-
tri (7.3 ± 0.2) per l’acqua grigia a
valori lievemente alcalini (7.8 ± 0.2
per entrambi i pannelli), indice di
un processo di progressivo equi-
librio dell’acqua con il terreno dei Fig. 3 – Andamento della domanda biologica di ossigeno (BOD5) nel periodo di monito-
vasi. Per quanto riguarda la con- raggio.
Aprile 2021 7
environment
to sottostimato per un problema considerati pari ai 20 mg/L nell’a- ne molto elevati per quanto riguar-
tecnico ed è stato quindi escluso nalisi dei dati; questa scelta ha da i solidi sospesi totali (> 87%), il
dall’analisi) la concentrazione di comportato una sovrastima delle BOD5 (> 98%) e il COD (> 87%),
BOD5 nell’acqua grigia è stata concentrazioni in uscita dal muro e modeste fluttuazioni nel tempo.
piuttosto stabile (55.7 ± 9.0 mg/L) verde e una sottostima dell’effi- Il confronto tra i risultati dei due
durante tutto il periodo di monito- cienza del trattamento. Seppure pannelli ha indicato una lieve per-
raggio. Entrambi i pannelli hanno con queste cautele, i risultati indi- dita di efficienza nella capacità di
mostrato valori di concentrazione cano che entrambi i pannelli sono rimozione dei solidi sospesi totali
finali estremamente bassi, pari a stati in grado di rimuovere effica- per il pannello in funzione da due
0.2 ± 0.2 mg/L e 1.3 ± 2.2 mg/L. cemente il COD; le differenze tra le anni (87 ± 17%) rispetto a quello
La capacità di rimozione del BOD5 efficienze di rimozione del primo nuovo (96 ± 3%), verosimilmente
è stata molto elevata, con differen- (79 ± 2%) e del secondo pannello dovuta a una maggiore frequenza
ze minime tra i valori di efficienza (82 ± 3%) possono essere conside- di fenomeni di intasamento. La
di rimozione del primo pannello rate trascurabili, e i valori ottenuti prosecuzione della campagna di
(99.7 ± 0.4%) e del secondo (98.1 sono in linea con i valori tipici (46- monitoraggio permetterà di veri-
± 3.2%). Questi risultati sono co- 95%) riscontrabili in letteratura ficare la persistenza di tali proble-
erenti con i valori di efficienza di (Gattringer et al., 2016; Jin et al., mi, che potrebbero essere mitigati
rimozione del BOD5 riportati in 2018; Boano et al., 2020b; Proda- mediante miglioramenti del siste-
letteratura, pari a 44-97% (Masi et novic et al., 2020). ma di drenaggio o con l’utilizzo di
al., 2016; Prodanovic et al., 2017; substrati differenti che portino a
Boano et al., 2020b) e dimostrano un minore cessione di materiali
le ottime prestazioni dei muri ver- fini. Per quanto riguarda le so-
di anche in condizioni invernali. 4. Conclusioni stanze organiche, non sono state
Per quanto riguarda l’andamen- riscontrate differenze significative
to del COD (fig. 4), l’acqua grigia Il presente lavoro ha analizzato tra i due pannelli per la rimozione
è stata caratterizzata da modeste l’utilizzo di un muro verde per il di BOD5 e COD, confermando l’ele-
variazioni di concentrazione, che trattamento di acque grigie in con- vato potenziale dei muri verdi per
si è mantenuta stabile intorno a dizioni invernali di temperatura e il trattamento delle acque grigie.
un valore medio di 116.8 ± 18.5 carico idraulico elevato, entrambe
mg/L. Le concentrazioni in uscita particolarmente impegnative per
dal muro verde si sono attestate su i processi di trattamento; in par-
valori più bassi e sia per il primo ticolare, sono state confrontate le Bibliografia
(24.3 ± 5.3 mg/L) che per il secon- prestazioni di due pannelli entrati
do pannello (20.9 ± 1.5 mg/L). Si in funzioni in momenti differenti, Boano, F., Caruso, A., Costamagna,
noti tuttavia che per le concentra- a circa 15 mesi di distanza. I risul- E., Ridolfi, L., Fiore, S., Demiche-
zioni in uscita sono stati talvolta tati hanno dimostrato le ottime lis, F., Galvão, A., Pisoeiro, J., Rizzo,
riscontrati valori inferiori al limite potenzialità del muro verde per il A., Masi, F. 2020a. A Review of Na-
di rilevabilità (< 20 mg/L), e che tali trattamento delle acque grigie, con ture-Based Solutions for Greywater
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