Collaudo sperimentale di un prototipo di dispositivo per il trattamento delle acque meteoriche in caditoia

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1 INTRODUZIONE 
 
Lo sviluppo urbanistico, il forte incremento del traffico veicolare e la 
conseguente impermeabilizzazione del suolo hanno aumentato il grado di 
contaminazione delle acque pluviali di dilavamento, peggiorando le 
caratteristiche qualitative dei corpi idrici ricettori. 
Le acque meteoriche vengono raccolte e smaltite attraverso fognature, separate 
o unitarie, poste a servizio del centro abitato.  
Per quanto riguarda il sistema di drenaggio urbano di tipo separato (costituito da 
due reti indipendenti adibite al convogliamento delle acque reflue e delle acque 
meteoriche), lo scarico delle acque bianche in corpo idrico superficiale avviene in 
assenza di trattamento o, tutt'al più, a seguito di un semplice pre-trattamento, 
generalmente rappresentato da una grigliatura grossolana per la rimozione dei 
rifiuti trasportati dalle acque. Nel caso di sistemi di drenaggio urbano di tipo 
unitario (costituiti da una sola rete per lo smaltimento delle acque reflue e 
meteoriche) lo scarico delle acque bianche avviene in corrispondenza di 
opportuni scaricatori di piena al superamento di prefissate soglie di portata 
(generalmente pari a circa 3-5 volte la portata nera media di tempo asciutto). 
Ad oggi, però, il recepimento delle direttive emanate dalla Comunità Europea 
(2000/60/CE – Direttiva quadro sulle acque) e della conseguente normativa 
nazionale (D.L. 152/2006 - “norme in materia ambientale”) impone una modifica 
di tale approccio gestionale e delle relative implicazioni tecniche e tecnologiche. I 
riferimenti normativi sopracitati, infatti, definiscono l'inquinamento associato 
alle acque di scorrimento superficiale di aree urbanizzate come una delle 
principali cause di alterazione della qualità dei corpi ricettori. Pertanto, le norme 
richiedono che tali acque vengano depurate, prima dello scarico, al pari delle 
acque reflue.
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Si riportano, per completezza, alcuni estratti della normativa nazionale 
riguardante la disciplina delle acque di dilavamento e della normativa della 
Regione Lombardia per la definizione delle acque di prima poggia. 
L’art. 113 del Decreto Legislativo 03 Aprile 2006 n° 152 parte III (Disposizioni sulla 
tutela delle acque dall’inquinamento) afferma che le acque vanno disciplinate. Le 
direttive comunitarie n° 91/271/CEE (Trattamento delle acque reflue urbane), e 
n° 91/676/CEE (Protezione delle acque dall’inquinamento provocato dai nitrati 
provenienti da fonti agricole), entrambe recepite dallo stato italiano, affermano: 
1. ai fini della prevenzione di rischi idraulici ed ambientali, le regioni, previo 
parere del Ministero dell’ambiente e della tutela del territorio, disciplinano e 
attuano: 
a) le forme di controllo degli scarichi di acque meteoriche di dilavamento 
provenienti da reti fognarie separate; 
b) i casi in cui può essere richiesto che le immissioni delle acque meteoriche 
di dilavamento, effettuate tramite altre condotte separate, siano sottoposte a 
particolari prescrizioni, ivi compresa l'eventuale autorizzazione. 
2. Le acque meteoriche non disciplinate ai sensi del comma 1 non sono soggette 
a vincoli o prescrizioni derivanti dalla parte terza del presente decreto. 
3. Le regioni disciplinano altresì i casi in cui può essere richiesto che le acque di 
prima pioggia e di lavaggio delle aree esterne siano convogliate e 
opportunamente trattate in impianti di depurazione per particolari condizioni 
nelle quali, in relazione alle attività svolte, vi sia il rischio di dilavamento da 
superfici impermeabili scoperte di sostanze pericolose o di sostanze che creano 
pregiudizio per il raggiungimento degli obiettivi di qualità dei corpi idrici. 
4. E' comunque vietato lo scarico o l'immissione diretta di acque meteoriche 
nelle acque sotterranee. 
Per la definizione di acque di prima pioggia quasi tutte le regioni italiane si sono 
allineate nella maggior parte dei casi alla normativa della Regione Lombardia.  
In particolare si definiscono:
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“acque di prima pioggia” quelle corrispondenti per ogni evento meteorico ad una 
precipitazione di 5 mm uniformemente distribuita sull’intera superficie scolante 
servita dalla rete di drenaggio. Si stabilisce che, ai fini  del calcolo delle portate, 
tale precipitazione deve considerarsi relativa ad un evento meteorico di durata 
15 minuti e indica un coefficiente di afflusso alla rete  pari a 1 per le superfici 
lastricate o impermeabilizzate e pari a 0,3 per quelle permeabili. 
Infine, devono considerarsi acque di prima pioggia quelle risultanti da eventi 
meteorici che si succedono a distanza l’uno dall’altro non inferiore a 48 ore. 
 
I sistemi di trattamento e depurazione delle acque meteoriche di dilavamento si 
distinguono principalmente in sistemi di tipo concentrato e sistemi di tipo 
distribuito. 
I sistemi di tipo concentrato sono collocati alla sezione di chiusura della rete di 
drenaggio. Essi sono generalmente costituiti da una vasca di sedimentazione ed 
un disoleatore e possono essere realizzati con trattamenti in continuo. Sono 
generalmente vantaggiosi in tutti gli insediamenti di nuova realizzazione. 
Contrariamente ai dispositivi di tipo concentrato, che vengono posti a valle delle 
reti di raccolta delle acque meteoriche, i dispositivi di tipo distribuito vengono 
posizionati a monte. Essi sono, inoltre, costituiti da dispositivi di filtrazione di 
dimensioni contenute, che possono essere installati facilmente in caditoia. Dal 
punto di vista economico, i sistemi di tipo distribuito sono maggiormente 
onerosi, a causa di superiori oneri di manutenzione dovuti alla sostituzione del 
materiale filtrante ad intervalli di tempo prestabiliti. Nonostante ciò, l'intervento 
distribuito è ancora vantaggioso rispetto a quello concentrato su aree di piazzali 
di rilevanti dimensioni.
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Figura 1: Esempio di sistema di trattamento concentrato delle acque di prima pioggia. 
 
L’utilizzo di tali sistemi è ampiamente diffuso negli Stati Uniti, mentre ad oggi 
sono rare le applicazioni in Europa. Le soluzioni di trattamento distribuito 
consentono di intervenire su vaste aree anche nei casi in cui l’intervento di tipo 
tradizionale (concentrato) si dimostri operativamente insostenibile. 
I vantaggi legati all'utilizzo di sistemi di tipo distribuito sono principalmente due: 
in primo luogo, essi rispondono alla difficile reperibilità di spazi e volumi tecnici 
adeguati alla gestione delle acque meteoriche in forma concentrata, in secondo 
luogo offrono la possibilità di intervenire su inquinanti specifici e su volumi 
limitati, prima che questi siano convogliati insieme ad altri contributi di origine 
differente (ad esempio le acque reflue derivanti dagli scarichi civili ed industriali), 
che ne modificherebbero le caratteristiche e comporterebbero difficoltà di 
rimozione e trattamento. 
Una tipica applicazione dei sistemi di tipo concentrato riguarda aree scoperte 
(piazzali) di siti produttivi o terminali portuali. In tal caso, sistemi di tipo
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concentrato comporterebbero ingenti investimenti, o, addirittura, sarebbero di 
impossibile realizzazione.  
 
 
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Figura 2: Alcuni dispositivi di trattamento delle acque meteoriche in caditoia 
 
Le attività svolte nel corso della presente tesi si inseriscono nell’ambito del 
Progetto PON01_02543 “Servizio di gestione integrata e sostenibile del ciclo 
acqua – energia nei sistemi di drenaggio urbano” sviluppato nel Programma 
Operativo Nazionale di Ricerca e Competitività 2007-2013 e co-finanziato con 
fondi strutturali europei. 
L’obiettivo della presente tesi riguarda il collaudo idraulico di un prototipo di 
dispositivo di trattamento delle acque meteoriche di dilavamento. Nell’ambito 
del presente lavoro di tesi, sono state condotte una serie di prove sperimentali 
presso il laboratorio di idraulica “E. Marchi”,  atte a verificare la funzionalità e ad 
evidenziare eventuali criticità del dispositivo.
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2 SISTEMI DI TRATTAMENTO DELLE ACQUE METEORICHE 
IN CADITOIA 
 
2.1 Stato dell’arte 
 
Lo stato dell’arte nella progettazione dei dispositivi compatti per il trattamento 
delle acque meteoriche viene analizzato nel dettaglio, mediante la compilazione 
di due database relativi rispettivamente alle caratteristiche idrauliche del 
dispositivo ed alle caratteristiche tecniche del sistema di trattamento. Tale analisi 
strutturata consente di confrontare i diversi dispositivi attualmente esistenti sul 
mercato, seguendo una logica progettuale, per evidenziare come ciascuna 
soluzione tecnica influenzi le prestazioni e al contempo determini eventuali 
criticità dei dispositivi.  
Il database relativo alle caratteristiche idrauliche del dispositivo fa riferimento a 
tre aspetti principali: tipologia di struttura, modalità di deflusso e dispositivo di 
by-pass.  
In merito al primo aspetto ‘Tipologia di struttura’, l’analisi sarà rivolta ad una 
classificazione dei dispositivi in: 
 dispositivi adattabili alla rete esistente ovvero direttamente installabili 
all’interno del pozzetto di raccolta delle acque meteoriche; 
 dispositivi non flessibili che richiedono interventi strutturali alla rete 
esistente per la loro installazione ed il loro funzionamento. 
In merito al secondo aspetto ‘Modalità di deflusso’, l’analisi sarà rivolta ad una 
classificazione dei dispositivi in: 
 dispositivi caratterizzati da funzionamento con modalità di deflusso 
dall’alto, ovvero il deflusso meteorico attraversa il sistema di trattamento 
con direzione dall’alto verso il basso; 
 dispositivi caratterizzati da funzionamento con modalità di deflusso dal 
basso, ovvero il deflusso meteorico prima di attraversare il sistema di
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trattamento riempie una struttura contenitiva e/o il pozzetto stesso e poi 
risale da basso verso l’alto attraverso il sistema di trattamento. 
In merito al terzo aspetto ‘Dispositivo di by-pass, l’analisi sarà rivolta ad una 
classificazione dei dispositivi in: 
 dispositivi caratterizzati dalla presenza di by-pass; ovvero dispositivi che 
presentano un’uscita secondaria dalla quale viene smaltita la portata in 
ingresso che supera la capacità del sistema di trattamento; 
 dispositivi caratterizzati dall’assenza di by-pass; ovvero dispositivi che, 
presentando una sola uscita, prevedono che il deflusso meteorico venga 
completamente trattato. 
In Tabella 1, si riporta il database compilato per i dispositivi attualmente presenti 
sul mercato relativamente alle caratteristiche idrauliche. 
I risultati dell’analisi relativa alle caratteristiche idrauliche dei dispositivi possono 
essere sintetizzati come segue: 
 la quasi totalità dei dispositivi analizzati (18 su 19) presenta una 
configurazione adattabile alla rete esistente; i dispositivi esistenti non 
presentano criticità specifiche in merito alla definizione di configurazioni 
adattabili alle diverse caditoie; 
 nella maggioranza assoluta dei dispositivi analizzati (15 su 19) il deflusso 
avviene dall’alto verso il basso, solo per alcuni dispositivi (3 su 19) il 
deflusso avviene dal basso verso l’alto e per un solo dispositivo avviene 
orizzontalmente. Lo studio della modalità di deflusso all’interno del 
dispositivo risulta, allo stato attuale, un aspetto da approfondire 
maggiormente per migliorare le prestazioni idrauliche; 
 la maggioranza assoluta dei dispositivi analizzati (14 su 19) presenta un 
organo di by-pass; si rileva comunque la necessità di sviluppare 
ulteriormente la progettazione di by-pass efficienti per il corretto 
smaltimento della portata di picco in ingresso alla caditoia.