Uso sostenibile di acque e biomassa provenienti da zone umide nelle aree interne della Sicilia
Nell’attuale scenario globale di aumento della domanda di acqua ed energia, dovuto al fenomeno del cambiamento climatico, particolare importanza assumono tutti i sistemi e le strategie di gestione che permettono di raggiungere una buona qualità dell’acqua ed un risparmio energetico. Lo scopo generale di questa tesi è quello di contribuire alla valorizzazione e all’utilizzo sostenibile delle acque reflue e delle biomasse provenienti dalle zone umide naturali e dagli impianti di fitodepurazione per una migliore gestione delle risorse. Nello specifico, questa tesi promuove strategie di conservazione di acqua ed energia attraverso: (i) il trattamento delle acque reflue provenienti da medi e piccoli insediamenti civili e agro-industriali, utilizzando i sistemi di trattamento naturali per aumentare la disponibilità della risorsa acqua nelle aree interne della Sicilia; (ii) l’utilizzo della vegetazione proveniente sia dalle zone umide naturali che dagli impianti di fitodepurazione come coltura energetica per la produzione di bioenergia mediante il processo di digestione anaerobica, al fine di ridurre i costi di gestione e manutenzione della biomassa ripariale e mitigare il rischio idraulico; (iii) la valutazione e il monitoraggio delle dinamiche degli ecosistemi ripariali attraverso la disponibilità di dati telerilevati in combinazione con strumenti GIS. In particolare, è stata messa a punto una metodologia GIS per l’identificazione della distribuzione spaziale della canna comune, che ha permesso di identificarla con buona accuratezza e di quantificarne la sua disponibilità nell’area del Calatino (Sud-Est Sicilia, Italia) per la produzione di biogas e biometano. Inoltre, è stato implementato un approccio per la verifica del potenziale biochimico metanigeno al fine di valutare il potenziale in termini di produzione di biogas della biomassa aerea della canna comune in diverse epoche di raccolta, dimostrando che il recupero della vegetazione ripariale a scopo energetico rappresenta un modo sostenibile per ridurre i costi di manutenzione della biomassa e per l’impatto ambientale. Sono state, quindi, investigate la potenzialità di produrre bioenergia negli impianti di fitodepurazione e l’influenza che la conducibilità idraulica del substrato di un impianto di trattamento naturale a flusso sub superficiale orizzontale ha sulla resa in metano della biomassa. I risultati hanno dimostrato la possibilità di integrare con successo il ruolo depurativo della cannuccia di palude con la produzione di bioenergia in un sistema di fitodepurazione, grazie alla sua soddisfacente resa in metano nonostante non sia una coltura energetica. La conducibilità idraulica osservata nel sistema di trattamento naturale a flusso sub superficiale orizzontale sembra influenzare lo sviluppo delle piante e, di conseguenza, la loro resa in metano. Le sfide del nuovo secolo, come il riscaldamento globale e i cambiamenti climatici, hanno incentivato diversi autori a studiare gli impianti di fitodepurazione anche in termini di sostenibilità ambientale. Sono stati, dunque, valutati gli effetti che l’accumulo di fango all’ingresso degli impianti di fitodepurazione può avere sull’emissione dei gas serra, sulla conducibilità idraulica del substrato, sulla crescita delle piante e sulla performance di un impianto di fitodepurazione situato nel bacino del Mediterraneo e piantumato con la Phragmites australis. Il progressivo ed inevitabile intasamento del substrato in corrispondenza dell’ingresso del refluo all’impianto di fitodepurazione sembra influire sulle emissioni di anidride carbonica, che dai risultati ottenuti diminuiscono dall’ingresso all’uscita del sistema di trattamento. Infine, è stato calibrato e validato un metodo analitico denominato P-k-C*, al fine di ottimizzare la risposta, in termini di trattamento, di un impianto di fitodepurazione, simulando la rimozione degli inquinanti (NO3-, COD e microbiologici) attraverso la stima dei parametri di progettazione del sistema di trattamento. La performance del modello nella simulazione all’outlet di COD, BOD5 e NO3- è stata quasi sempre soddisfacente ed è stata anche valutata in termini di R2, NSE e RMSE.
Riparian vegetation management, Hydraulic risk, Biochemical Methane Potential, Energy crop, Anaerobic Digestion, Nature-Based Solution, Treatment Wetland, Clogging, Carbon Dioxide Emission, P-k-C* model, Gestione della vegetazione ripariale, Rischio idraulico, Potenziale Biochimico Metanigeno, Coltura energetica, Digestione Anaerobica, Soluzioni Basate sulla Natura, Sistemi di fitodepurazione, Occlusione, Emissioni di Anidride Carbonica, Modello P-k-C*
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