LIFE+ ReQproLIFE+ ReQproA model to reclaim and A model to reclaim and reuse wastewater for reuse wastewater for

quality crop productionquality crop production

Visite a centri di ricerca su uso irriguo di acque usate

Esperienze da IsraeleGiuseppe Bonazzi

Shafdam treatment plant Tel Aviv

Prof. Gal ShohamProcess Department

Shafdam plant: effluent reuse

Mekorot, è l’impresa privata che gestisce l’impianto Shafdam per la depurazione delle acque civili della vasta area di Tel Aviv. L’acqua, dopo i trattamenti di finitura, viene distribuita nel sud della regione per mezzo della grande condotta denominata “Third Pipeline to the NEGEV” per gli usi agricoli in una vasta area desertica.

Shafdam plant: Pumping Station

The lines together have a total length of about 90 km of principal and secondary carrier piping that range in diameter from 60 cm to 2.2 m.

Nel 2014, l’impianto di Shafdam ha trattato circa 162 millioni di m3 di effluenti (30% del totale acque civili israeliane), quasi tutti reimpiegati in agricoltura, dopo un processo di finitura depurativa denominato Soil Aquifer Treatment (SAT).

La popolazione della regione di Dan (Tel Aviv area), servita dall’impianto di trattamento è di circa 2,5 milioni

Shafdam plant:dimensioni dell’area servita con le acque riciclate

Soil Aquifer Treatment (1)

Soil Aquifer Treatment (2)

Soil Aquifer Treatment (3)

Soil Aquifer Treatment (4)• Soil Aquifer Treatment (SAT) è un metodo di ricarica

artificiale degli acquiferi. L’acqua in uscita dal trattamento terziario è immessa nella falda in condizioni controllate sfruttando la percolazione nel suolo.

• SAT è usato sia per aumentare artificialmente il livello della falda per farne una riserva ed emungere acqua dolce successivamente, sia per farne una barriera ad acque salate o contaminate che tendano a risalire nell’acquifero da proteggere.

• Durante la percolazione il suolo agisce prevalentemente da filtro e l’acqua rimane per qualche tempo nell’acquifero dove possono avvenire anche reazioni fisico-chimico. Queste acque vengono usate come “reclaimed waters” (letteralmente acque riciclate) e possono essere usate in agricoltura contribuendo ai programmi di “sustainability and water conservation.”

Soil Aquifer Treatment (5)Tab.1 SAT Performance Soreq Plant- Basic Wastewater parametres

Parametre Units

Yearly average concentration in 2014

ItalianLimit valuesMD 185/2003Before SAT After SAT

Susp.solids mg/l 8 <1 10

BOD5 mg02/l 6 0,5 20

COD mg02/l 40 5 100

Kjeldal N mg/l 5,5 0,31  

N-NO2 mg/l 1 0,043  

N-NO3 mg/l 0,72 3,15  

Ammonia as N mg/l 2,88 <0,02 2

Total N mg/l 7,22 3,51 15

Total P mg/l 1 0,42 2

Detergent mg/l <0,11 <0,10 0,5

Mineral oils mg/l <0,3 <0,3 0,05

Phenol mg/l <2 1 0,1

Limite E. coli DM 185/03: 100 UFC/100 ml

Soil Aquifer Treatment (6)

L’esperienza di 38 anni di ricarica delle falda nell’area di Soreq con effluente trattato conferma, secondo il prof. Shoham, che il trattamento SAT può essere considerato un trattamento addizionale molto efficiente per la finitura depurativa a valle dei trattamenti terziari, anche a fini di sanificazione, grazie alla combinazione di processi biologici e fisico-chimici.

Shafdam plant: Membrane Biological Reactor - MBR

• Membrane wastewater treatment

Una quota significativa dell’effluente in uscita dal secondario viene trattata con questo metodo;

• La qualità in uscita non è dissimile da quella del refluo in uscita dal trattamento SAT

ARO's areas of special expertise are:agriculture under arid conditions agriculture on marginal soils irrigation using effluent and saline water

ARO: Institute of Soil, Water and Environmental Sciences

22 scientists, 24 engineers and technicians, and more than 20 visiting scientists and students are engaged.

It comprises two departments

• Environmental Physics and Irrigation;

• Soil Chemistry and Plant Nutrition.

ARO: Dept. Soil Chemistry and Plant Nutrition

Shabtai Cohen: head of Dept

Pinchas Fine, PhD

ARO: research on health risk related to the residual content of pathogen microorganisms

after disinfection

• Per garantire un livello predefinito di sicurezza è necessario valutare il contenuto di patogeni appartenenti a TUTTE le categorie che potenzialmente possono essere presenti in acque da destinare al riciclo.

• Sfortunatamente il numero di categorie è molto esteso e include microorganismi di dimensioni e resistenza ai vari tipi di trattamenti significativamente diverse (virus, batteri, protozoi, funghi, vermi e forme a vita latente di alcune di queste come cisti di protozoi spore di batteri, uova di vermi).

• E’ richiesto un grande sforzo di ricerca per sviluppare tecniche analitiche di routine a costi sostenibili in grado di valutare accuratamente il rischio residuale di infezione. Al momento soluzioni tecniche praticabili sono ancora limitate ad alcune semplici categorie di patogeni-indicatori soprattutto riferite ai batteri (E.coli)

ARO research on Boron-related loss of fertility of agricultural soils

Alcune ricerche del Dipartimento diretto dal prof Cohen sono indirizzate ai rischi di perdita di fertilità dei suoli nelle zone aride e semi aride a seguito dell’impiego di acque riciclate. Oltre al rischio per la eccessiva salinità di queste acque, destano preoccupazione i livelli di accumulo di Boro nei suoli. E’ stato anche grazie agli studi sviluppati ad ARO che questi rischi sono stati quantificati ed hanno portato alla firma di un agreement tra il Ministero della protezione Ambientale e l’industria dei detersivi per ridurre gradualmente ma significativamente l’impiego di Boro e di Sodio nei detersivi.

ARO research on Long term irrigation with treated wastewater and soil sodification

• Le campagne di monitoraggio mettono in rilievo come l’indice SAR sia considerevolmente più alto nelle TWW che nelle acque dolci di origine.

• Un fenomeno che si presenta e che è oggetto al Dipartimento di grande attenzione è l’alto livello della percentuale di sodio scambiabile (ESP) a profondità > 30 cm. I controlli mostrano come in frutteti irrigati con le acque riciclate l’ESP possa arrivare a valori 6-9 volte più alti di quelli attesi, a seguito di irrigazioni che si protraggono già da molti anni con TWW aventi SAR < 5.

ARO: studi su riduzione dell’incidenza

dello stoccaggio sui costi Una voce di costo che incide notevolmente sui costi complessivi dell’operazione riciclaggio delle acque usate nell’area del Negev è lo stoccaggio in enormi bacini di questa acque, essendo il loro impiego richiesto solo nella stagione irrigua, a fronte di una produzione che è costante durante l’intero anno. ARO è fortemente impegnata a trovare soluzioni per allungare il periodo irriguo promuovendo, in cooperazione con le associazioni di agricoltori, la diffusione di uno spettro più vasto di colture a domanda irrigua diversificata e prolungata.

Storage pondsfor the the treated water to enable correct supply to farmers

Economic considerations for wastewater upgrading

Valutazioni economiche effettuate ad ARO hanno dimostrato che l’innalzamento della qualità alla fonte (upgrading al depuratore) di tutti gli effluenti in Israele ad un livello sanitario idoneo ad un’irrigazione di tutta sicurezza ((<10 colifiormi fecali/100 ml) comporterebbe un costo addizionale di $ 69 millioni ogni anno, solo per questo upgrading (inclusi i costi fissi).

Se si considera che la maggior quantità di effluenti sanificati sono usati per l’irrigazione di colture non destinate all’alimentazione umana e animale per la quale una parziale rimozione dei patogeni è adeguata o addirittura non necessaria, si capisce che l’upgrading delle acque trattate al livello sanitario delle colture più sensibili al rischio, benchè richiesto dalla normativa, è rindondante e inutilmente costoso.

Surface drip irrigation in orchard

Sub surface drip irrigation in cotton fields

Filtri aziendali per subsurface drip irrigation

Filtri aziendali per subsurface drip irrigation

Filtri aziendali per subsurface drip irrigation

Sde Boker- Institute for desert research

Department for water research Prof. Pedro Berliner

• Riuso delle acque trattate dei depuratori: contrario sia al trattamento con UV (troppo costoso), sia al trattamento con il suolo come filtro (si satura il terreno di contaminanti e si destruttura);

• Dripping lines sub superficiali: contrario perché prima o poi si intasano. Meglio manichette superficiali da disporre in modo acconcio e/o da arrotolare e riutilizzare.

Contaminanti pericolosi nelle acque riciclate

Contaminanti presenti anche solo in tracce che possono avere effetti deleteri sul sistema endocrino (disrupting effects) come idrocarburi polycyclici aromatici, alkylfenoli, composti organometallici, ritardanti di fiamma bromurati, etc.

Contaminanti similarmente pericolosi sono i residui di farmaci, plasticizzanti, pesticidi e i prodotti della degradazione di alcuni detergenti.

Dal momento che i processi di demolizione nel corso dei

trattamenti avvengono in maniera incompleta questi composti si ritrovano nelle acque riciclate.

Buone pratiche irrigue nelle zone aride

Run off control Le ricerche dell’Istituto for desert research

dimostrano che buona pratica è incanalare le acque dei rari eventi meteorici con opportune sistemazione del terreno in modo da rallentare deflusso superficiale e favorire percolazione/immagazzinamento nel suolo.

Run off – Agroforestry system

• Ma le ricerche del prof Berliner vanno oltre. La nuova frontiera per le zone aride è un sistema chiamato “runoff agroforestry”. File di alberi intervallate da colture annuali producono biomassa agricola e aiutano a prevenire una rapida evaporazione delle acque infiltrate a seguito del run off. In aggiunta, le foglie degli alberi si compostano al suolo e costituiscono un eccellente fertilizzante per le colture annuali interfilari.

• Convinzione del prof Berliner è che nelle zone aride in via di sviluppo non servano acque più o meno riciclate e condotte irrigue, ma sia il “run off agroforestry system” una soluzione più valida.

Figure 2. Water loss in treatments with trees in sole stands, sorghum in monoculture and treesintercropped with sorghum in the runoff agroforestry field trial in Turkana from April to August

1996. The available water from rainfall and runoff irrigation and the cumulative potentialevapotranspiration are presented on the

right side of the graph.

RUNOFF AGROFORESTRY

Run off - Agroforestry

• I sistemi run off agroforestry nelle zone aride migliorano il bilancio idrico riducendo le perdite per evaporazione rispetto a colture arboree ed erbacee separate, naturalmente a parità di biomassa prodotta.

• Alberi e colture annuali utilizzano l’acqua infiltrata di strati del suolo diversi, in maniera complementare. Il profilo di umidità nel suolo mostra che le radici degli alberi non competono con le radici del sorgo, molto efficienti nell’estrarre l’acqua dagli strati superficiali, ma vanno molto in profondità, là dove quelle del sorgo non arrivano.

Un run off agroforestry system in zona arida

C’è però ancora molto da fare…

…anche senza voler arrivare a risultati come questo…

Grazie per l’attenzione