Il governo della pioggia
La raccolta differenziata delle acque urbane
Guido Zanovello

Le acque urbane si dividono in due grandi flussi che entrano in diversi modi nell’ambito urbano e ne escono variamente, ma immancabilmente, contaminate:
• acque di pioggia che cadono, come e quando decide il Padreterno, sulle superfici dei tetti e delle aree pavimentate, scorrono verso fognature “bianche” o “miste”, e finiscono rapidamente in corsi d’acqua non sempre preparati a ricevere flussi elevati e concentrati in tempi brevi;
• acque usate, prelevate da acquedotti potabili, utilizzate per diversi usi civili nobili (ad es. cucina, lavaggi) e meno nobili (ad es. sciacquone del wc), e scaricate in fognatura per il trasporto a depurazione il più possibile lontano.
Oltre il 50% dell’acqua potabile è sprecata per usi non potabili (in particolare lo sciacquone del wc e le perdite di rete). Inoltre metà dell’acqua che va a depurazione in realtà non ne avrebbe bisogno, soprattutto in pianura (infiltrazioni di falda, seconda pioggia, acque di raffreddamento).
Questo spreco confligge con i crescenti problemi di disponibilità di acqua di buona qualità. Questi cominciano a interessare anche il Veneto, che, da questo punto di vista, non è più l’isola felice di un tempo. Oggi abbiamo in molte aree:
• problemi quantitativi di approvvigionamento di acque a standard potabile (e la recente entrata in vigore D.Lgs. 31/2001 con i nuovi limiti di accettabilità europei sta moltiplicando i costi di potabilizzazione). I problemi emergenti di quantità sono ben sintetizzati dal generale e progressivo abbassamento delle falde pedemontane;
• problemi quantitativi allo scarico, soprattutto nella rete idrografica minore, conseguenti al recente forte incremento delle aree urbanizzate impermeabili e alla estremizzazione degli eventi meteorici tipica degli ultimi anni;
• problemi qualitativi legati all’ormai ubiquitario inquinamento ambientale di acque superficiali e falde sotterranee. I problemi emergenti di qualità sono legati al sovrasfruttamento delle risorse idriche, che non lascia spazio e tempo ai meccanismi di rigenerazione naturale delle acque, e al microinquinamento originato dalle molte sostanze artificiali immesse nell’ambiente;
• problemi di sostenibilità dei costi economici e ambientali per la costruzione e la gestione dei sistemi di approvvigionamento e disinquinamento centralizzati, che, secondo le direttive europee e la legge italiana (e come previsto nei Piani d’Ambito dalle AATO), dovranno essere interamente coperti dalle tariffe dell’acqua.
C’è da chiedersi dunque se sono ancora adeguati il modello di acquedotto “a domanda” (che consiste nell’immettere in rete acqua a volontà, con qualità troppo alta in rapporto agli usi prevalenti) e di fognatura “a carico limitato” (in cui la capacità di trasporto e depurazione è invece condizionata dalla potenzialità rigida degli impianti). Serve una riflessione, che peraltro in molti paesi è già stata tradotta in esempi dimostrativi. Un modello innovativo e realistico potrebbe combinare interventi e azioni a scala regionale con azioni diffuse a scala urbana, di quartiere o domestica. Gli interventi a grande scala sono in particolare la formazione di “banche dell’acqua” in grandi invasi o nelle falde sotterranee, e l’adozione sistematica del “water pricing” (che consiste nel far pagare agli utilizzatori non solo i costi diretti, ma anche i costi e i danni ambientali indiretti conseguenti ai prelievi di acqua). Le azioni diffuse a scala urbana, di quartiere o domestica sono sintetizzabili in due categorie la gestione della pioggia e la gestione delle acque usate. Questo significa favorire la raccolta differenziata delle acque piovane o usate, la rigenerazione e il riuso dell’acqua raccolta, con conseguente riduzione di prelievi e di scarichi. Si tratta di costruire un mercato dell’acqua non potabile a prezzo competitivo.
Quello della raccolta differenziata dell’acqua è un approccio simile a quello già sperimentato per i rifiuti solidi urbani, che da rifiuti si sono trasformati in parte in risorse, ridimensionando i problemi di collocamento definitivo dei residui.
La gestione della pioggia è concetto ormai maturo di cui cominciano a vedersi esempi significativi.

Le acque di pioggia urbane
Inquadramento concettuale
I flussi delle acque di pioggia hanno due caratteristiche singolari: variano moltissimo in quantità nel tempo e si trasformano repentinamente in qualità in rapporto alle superfici su cui cadono e scorrono. Dal punto di vista quantitativo le acque di pioggia urbana possono essere classificate, in relazione alle conseguenze sull’ambiente urbano:
• per intensità di pioggia; una pioggia di bassa intensità (<5 mm/h) provoca il raddoppio della portata di una fognatura mista; una pioggia mediamente intensa (5-25 mm/h) invece decuplica la portata in fognatura mista e, di norma, attiva gli sfiori verso i corpi idrici; una pioggia intensa (25-100 mm/h) produce deflussi improvvisi e violenti di 180-720 m3/h per ettaro;
• per portata e qualità di flusso prodotto; il primo flusso, all’inizio dell’evento piovoso, provoca il dilavamento e il trasporto dei solidi depositati in tempo secco sulle superfici e sul fondo delle fognature e ha quindi una qualità a volte peggiore di quella di una fognatura nera; la seconda pioggia produce invece una diluizione proporzionale degli inquinanti che incontra; il picco di piena produce volumi d’acqua elevati, ma con un basso carico di inquinamento.
Se si suddivide idealmente un’area urbana tipica in frazioni a diverso grado di permeabilità si osserva che, in occasione di una pioggia intensa, il deflusso originato dai tetti corrisponde a più del 40% del volume defluito, mentre quello proveniente dalle aree verdi contribuisce in modo marginale. Se si prende in considerazione la qualità dei deflussi da aree urbane si osserva un sensibile peggioramento lungo il percorso.
Prima del contatto col suolo la pioggia dilava l’atmosfera e ingloba ossidi di azoto, ossidi di zolfo, polveri, e quindi anche calcio, virus e batteri; diventa acida, con valori di pH di norma inferiori a 5, il che aumenta la sua capacità di dissoluzione. AI contatto coi tetti e con le grondaie dilava ulteriormente metalli, polveri e residui organici. Scorrendo sulle superfici urbane il carico inquinante aumenta di un ordine di grandezza in termini di solidi sedimentabili (SST), carico organico (COD), composti di azoto (N), metalli. Percorrendo poi i condotti di fognatura, in particolare se mista, aumenta di altre 10 volte il carico per effetto della risospensione dei sedimenti di fondo.

La gestione della pioggia
Gestione della pioggia significa passare dalla difesa idraulica passiva (scarico rapido) all’utilizzazione della pioggia come risorsa (accumulo e utilizzo); ovvero significa applicare la raccolta differenziata della pioggia urbana per la prevenzione dei deflussi e per la copertura dei consumi per usi non potabili. Nell’area vasta la gestione della pioggia contribuisce in generale a ridurre il depauperamento delle risorse idriche pregiate (per la riduzione dei prelievi), a migliorare la qualità dei corpi idrici (per effetto della riduzione della massa degli scarichi), ma anche a rendere più economico il servizio idrico complessivo, comprendendovi i costi della sicurezza idraulica. Gestione corretta della pioggia vuol dire dunque accumularla prima che defluisca, e questo porta localmente due tipi di benefici effetti:
• effetti sulla sicurezza idraulica e sull’economia delle reti: la laminazione in aree verdi può ridurre di un ordine di grandezza la portata di piena; l’invaso dei tetti da solo riduce del 40% il volume defluito e del 30-50% il consumo domestico di acqua non potabile;
• effetti sulla qualità delle riserve idriche: gli invasi locali permettono di mandare a infiltrazione le acque migliori, riducono il recapito in fognatura di acque pulite e permettono perciò il trattamento di quantità maggiori di acque piovane inquinate (quelle provenienti da strade e parcheggi).

La raccolta dell’acqua di pioggia urbana
Appare evidente l’utilità di accumulare le acque piovane il più possibile vicino alla sorgente (la pioggia), sia per ridurre i deflussi in modo più incisivo (sicurezza idraulica), sia per avere la qualità migliore ai fini dell’utilizzo.
Si distinguono allora tre categorie di dispositivi di accumulo, in rapporto alla scala di intervento:
• serbatoi domestici (rainwater harvesting), normalmente dimensionati per 6 - 7 m3 per 100 m2 di tetto; gli obiettivi sono la prevenzione dei deflussi (tino al 40% in meno a scala urbana) e l’utilizzo non potabile (con risparmi di acqua potabile del 30-50%); un esempio significativo è quello dei nuovi edifici della Potsdamer Platz di Berlino in cui la raccolta dell’acqua piovana su 50.000 m2 di tetti produce un risparmio di 20.000 m3/a di acqua potabile;
• interventi diffusi (pavimentazioni porose su strade e parcheggi per assorbire fino a 50 mm di pioggia; invasi di quartiere per fognature bianche in aree verdi opportunamente depresse, dimensionati per 200-500 m3/ha con altezze di allagamento temporaneo di 0.5-1.0 m); l’obiettivo è ridurre la portata di piena di 10-20 volte, ovvero fino ai valori tipici di un’area agricola per eliminare le conseguenze negative dell’impermeabilizzazione dei suoli urbani; esempi interessanti sono in fase realizzativa a Legnago (42.500 m3 di invasi locali in aree verdi su 200 ha di area industriale riducono da 20 m3/s a 5 m3/s il contributo di piena), a Noventa Vicentina (6.300 m3 di invaso in verde pubblico su 30 ha di lottizzazione riducono la portata di piena da 3.000 a 150 l/s), a Vicenza – ancoretta(4.000 m3 di invaso in aree a parco su 9 ha di nuova urbanizzazione riducono da 1.100 a 50 1/s la portata massima);
• interventi puntuali (invasi in grandi vasche di pioggia), normalmente dimensionati per 50-100 m3 per ettaro impermeabile; l’obiettivo in questo caso è più ambientale che idraulico, dal momento che queste vasche hanno lo scopo di intercettare un carico inquinante consistente prima dello scarico finale.

Trattamenti dell’acqua di pioggia urbana
Dove non si può agire con la prevenzione dei deflussi occorre prevedere trattamenti più o meno spinti delle acque di pioggia, non solo per gli sfiori di fognature miste, ma anche per gli scarichi di fognature separate di aree intensive. Se poi i flussi di piena sono intercettati in vasche di pioggia è quasi sempre necessario il trattamento biologico differito dei volumi invasati, con un incremento del flusso agli impianti di depurazione per più giorni (all’impianto di Fusina - Venezia è prevista la possibilità di trattare fino a 2.5 volte la portata di tempo secco Qm per i due giorni successivi alla pioggia; all’impianto di Colombes – Parigi questo rapporto sale fino a 4.3 Qm). Si distinguono due categorie di tecniche di trattamento delle acque di pioggia:
A) tecniche di miglioramento della qualità, destinate essenzialmente alla riduzione dei solidi sospesi (SST):
• trattamenti meccanici (griglie fini, cicloni separatori centrifughi, sedimentatori lamellari);
• trattamenti chimico fisici (Chemical Enhanced Primary Treatment (CEFT), tipo Actiflo e Densadeg, basati sul dosaggio di cloruro ferrico, polimeri, microsabbie, su coagulazione e flocculazione e su sedimentazione accelerata);
B) tecniche di trattamento biologico, finalizzate alla riduzione del carico organico (COD), batteriologico e soprattutto dell’ammoniaca (NH4):
• trattamenti naturalistici in aree umide di fitodepurazione (wet-land) a livello idrico variabile; con l’escursione normalmente ammessa di +30 cm su aree ampie è possibile combinare l’accumulo di piogge brevi e intense e il trattamento nei tempi lunghi tipici delle wet-lands;
• trattamenti biologici in impianto, attraverso la rivisitazione dei criteri di dimensionamento per adattare l’impianto a trattare con efficienza e continuità portate fino a 4 Qm, garantendo soprattutto la nitrificazione dell’ammoniaca (NH4).
La soluzione più efficiente è probabilmente la combinazione ottimale delle due tecniche, affidando agli impianti biologici centralizzati il trattamento delle acque di pioggia più frequenti, e ai sistemi chimico-fisici il trattamento dei superi. E quindi: estensione dei pretrattamenti fisico-meccanici (grigliatura, dissabbiatura, desoleatura) almeno fino a 10 Qm alimentazione del biologico con portate fino a 4 Qm; ottimizzazione dell’uso del reattore biologico con settori nitro / denitro bivalenti e con ridondanza dei volumi del 25-50%; incremento dell’altezza dei sedimentatori a oltre 4 m e della portata di ricircolo fanghi fino a 3 Qm applicazione di CEPT seguito da wetland per i rimanenti 6 Qm.
Considerazioni per un modello di gestione dell’acqua di pioggia urbana
Viene spontaneo a questo punto proporre una diversa concezione della gestione delle acque di pioggia urbane, volta alla prevenzione a monte prima che al controllo a valle. La laminazione in aree verdi depresse degli scarichi delle fognature bianche, o degli sfiori di seconda pioggia opportunamente pretrattati delle fognature miste, può essere la soluzione generalizzata nelle aree urbanizzate: porta a una riduzione del 20-30% del volume di deflusso e a un taglio di un ordine di grandezza delle portate di piena. Gli incentivi tariffari alla riduzione delle superfici impermeabili, soprattutto attraverso l’adozione di pavimentazioni porose, possono contribuire in modo significativo (circa il 10%) alla riduzione dei deflussi.
L’invaso della pioggia dei tetti è peraltro il più efficiente (riduce i de-flussi del 40%) e soprattutto consente l’utilizzo locale per usi non potabili; anche se la pioggia dei tetti non è sufficiente per tutti gli usi non potabili (ne copre circa la metà), può utilmente essere miscelata con acqua depurata da riuso, diminuendone il contenuto salino e minerale.
Per quanto riguarda le grandi vasche di pioggia va osservato invece che al costo elevato di costruzione e gestione e al forte impatto sul territorio urbano non corrisponde una sensibile riduzione dei deflussi di piena, almeno con il tradizionale dimensionamento di prima pioggia (50-100 m3/ha). Sono più utili i grandi invasi di seconda pioggia (150-200 m3/ha), che riducono in modo consistente la portata di piena, e, oltre a intercettare il volume di prima pioggia, assicurano una diluizione allo scarico maggiore di 10:1 soprattutto relativamente al contributo inquinante di strade e piazzali.
L’invaso in grandi vasche comporta però la necessità del trattamento biologico differito di grandi volumi aggiuntivi, con i relativi costi. Nasce allora l’opportunità di non sprecare gli elevati costi di trattamento e di recuperare il valore economico dell’acqua rigenerata mediante il riutilizzo sistematico per usi non potabili.
Fra questi sono interessanti non solo gli usi industriali, l’irrigazione del vérde, il lavaggio dei mezzi di trasporto, ma anche i lavaggi sistematici delle strade principali. Quest’ultimo tipo di riuso, che richiede grandi quantità di acqua, ha una notevole rilevanza ambientale in quanto sottrae le polveri sottili alla risospensione in atmosfera, mantiene pulite le strade (e quindi riduce l’inquinamento delle acque “bianche”), produce un sistematico lavaggio delle fognature (e quindi riduce la necessità di costose vasche di prima pioggia).
Dunque anche per le acque urbane, come in tanti altri casi, la soluzione più efficiente dei problemi è una combinazione di opere di ingegneria e di azioni di gestione. E qui il ruolo corretto dell’ingegneria non èsolo l’ottimizzazione tecnico-economica, ma anche l’ inquadramento etico-ambientale delle scelte tecniche.

Tratto da “Ingegneri del Veneto”, Federazione Regionale degli Ordini degli Ingegneri del Veneto, periodico n. 71 - luglio 2004