Trattamento acque reflue

L’allevamento di pesci in un sistema di ricircolo in cui l’acqua viene costantemente riutilizzata non fa scomparire i rifiuti provenienti dalla produzione ittica. Lo sporco o le escrezioni dai pesci devono ancora finire da qualche parte.

_Figura 6.1 Escrezione di azoto (N) e fosforo (P) dai pesci d’allevamento. Notare la quantità di N escreta come materia disciolta. Fonte: Biomar e l’Agenzia per la protezione dell’ambiente, Danimarca. _

I processi biologici all’interno del RAS ridurranno in scala ridotta la quantità di composti organici, a causa della semplice degradazione biologica o mineralizzazione all’interno del sistema. Tuttavia, un carico significativo di fanghi organici provenienti dalla RAS dovrà ancora essere affrontato.

_Figura 6.2 Schizzo dei flussi da e verso un sistema di acquacoltura a ricircolo. _

La maggior parte dei RAS avrà un trabocco di acqua di processo per bilanciare l’acqua che entra e esce dal sistema. Questa acqua è la stessa acqua in cui i pesci stanno nuotando, e come tale non è un inquinante a meno che la quantità di acqua scaricata dal troppopieno non sia eccessiva e lo scarico annuale attraverso questo punto aumenta. Più intenso è il tasso di ricircolo, meno acqua verrà scaricata attraverso il troppopieno.

Le acque reflue che lasciano il processo di ricircolo provengono tipicamente dal filtro meccanico, dove le feci e altre sostanze organiche sono separate nell’uscita dei fanghi del filtro. I biofiltri di pulizia e lavaggio aumentano anche il volume totale delle acque reflue derivanti dal ciclo di ricircolo.

Il trattamento delle acque reflue che lasciano il RAS può essere effettuato in modi diversi. Molto spesso viene installato un serbatoio tampone prima del sistema di trattamento dei fanghi in cui i fanghi sono separati dall’acqua di scarico. I fanghi andranno in un impianto di accumulo per sedimentazione o ulteriore disidratazione meccanica, prima che si diffonda sul terreno, tipicamente come fertilizzante e miglioramento del suolo nelle aziende agricole, oppure possono essere utilizzati nella produzione di biogas per la generazione di calore o elettricità. La disidratazione meccanica rende i fanghi più facili da maneggiare e riduce al minimo il volume in cui lo smaltimento o le eventuali tariffe diventano più economiche.

_Figura 6.3 Le vie dei fanghi e dell’acqua all’interno e all’esterno di un sistema di ricircolo. Maggiore è la velocità di ricircolo, minore è la quantità di acqua rilasciata dal sistema (linea dott ed), e minore è la quantità di acque reflue da trattare. Fonte: Hydrotech. _

_Figura 6.4 Impianto idrotecnologico utilizzato come trattamento secondario delle acque per la disidratazione dei fanghi. _

_Figura 6.5 Laguna vegetale posta dopo un allevamento di trote a ricircolo in Danimarca - prima e dopo la crescita eccessiva. Fonte: Per Bovbjerg, DTU Aqua. _

Le acque reflue pulite provenienti dal trattamento dei fanghi hanno solitamente un’alta concentrazione di azoto, mentre il fosforo può essere quasi completamente rimosso nel processo di trattamento dei fanghi. Questa acqua di scarico è chiamata acqua di rifiuto, ed è più spesso scaricata nei dintorni, fiume, mare, ecc insieme con l’acqua di troppo pieno dal RAS. Il contenuto di sostanze nutritive nell’acqua di scarto e nell’acqua di troppopieno può essere rimosso indirizzandolo verso una laguna vegetale, una zona radicale o un sistema di infiltrazioni, dove i restanti composti fosforosi e azotati possono essere ulteriormente ridotti.

_Figura 6.6 Il progetto EcoFutura ha esaminato la possibilità di coltivare pomodori con la coltivazione della tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus). Fonte: Priva (Paesi Bassi)

In alternativa, l’acqua di scarto può essere utilizzata come fertilizzante nei sistemi acquaponici. Gli acquaponici sono sistemi in cui i rifiuti del pesce vengono utilizzati per la coltivazione di ortaggi, piante o erbe, tipicamente all’interno di serre. Per i sistemi di piscicoltura più grandi si raccomanda di utilizzare i fanghi per terreni agricoli e biogas, mentre l’acqua di scarto viene utilizzata per l’acquaponica in quanto è più semplice da gestire e regolare per quanto riguarda le colture nelle serre.

Il contenuto di azoto nell’acqua di scarico può anche essere rimosso mediante denitrificazione. Come descritto nel capitolo 2, il metanolo è più comunemente usato come fonte di carbonio per questo processo anaerobico, che trasforma il nitrato in azoto libero nell’atmosfera rimuovendo così il nitrato dall’acqua di scarto. La denitrificazione può essere utilizzata anche all’interno del sistema di ricircolo per ridurre la quantità di nitrato nell’acqua di processo RAS al fine di ridurre la concentrazione di nitrati, minimizzando così la necessità di nuova acqua nel sistema. L’uso della denitrificazione al di fuori del sistema di ricircolo viene effettuato al fine di ridurre lo scarico di azoto nell’ambiente. In alternativa all’uso del metanolo, l’acqua di scarto proveniente dal sistema di trattamento dei fanghi può essere utilizzata come fonte di carbonio. L’utilizzo dell’acqua di scarto come fonte di carbonio richiede una gestione rigorosa della camera di denitrificazione, mentre il controlavaggio e la pulizia della camera possono diventare più difficili. In ogni caso, un efficiente sistema di denitrificazione può ridurre significativamente il contenuto di azoto nell’acqua di scarico.

Va notato che i pesci espellono i rifiuti in modo diverso rispetto ad altri animali, come i suini o le mucche. L’azoto viene principalmente escreto come urina attraverso le branchie, mentre una parte più piccola viene escreta con le feci dall’ano. Il fosforo viene escreto solo con le feci. La frazione principale dell’azoto viene quindi disciolta completamente nell’acqua e non può essere rimossa nel filtro meccanico. La rimozione delle feci nel filtro meccanico catturerà una parte più piccola dell’azoto fissato nelle feci, e in misura maggiore la quantità di fosforo. Il restante azoto disciolto nell’acqua sarà convertito nel biofiltro principalmente in nitrato. In questa forma l’azoto è facilmente assorbito dalle piante e può essere utilizzato come fertilizzante in agricoltura o semplicemente rimosso nelle lagune vegetali o nei sistemi di zona radicale.

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_Figura 6.7 Rimozione di azoto (N), fosforo (P) e solidi sospesi (SS) dal filtro meccanico. Fonte: Stazione di ricerca sulla pesca del Baden-Württemberg, Germania. _

Le feci provenienti dalle vasche di pesce dovrebbero fluire immediatamente al filtro meccanico senza essere schiacciate lungo la strada. Più intatte e solide sono le feci, maggiore è il livello dei solidi rimossi e di altri composti. La figura 6.7 mostra la rimozione stimata di azoto, fosforo e solidi sospesi (materia organica) in un filtro meccanico di 50 micron.

Maggiore è la velocità di ricircolo, minore sarà l’acqua nuova e minore sarà la necessità di trattare l’acqua di scarico. In alcuni casi, nessuna acqua tornerà affatto all’ambiente circostante. Tuttavia, questo tipo di allevamento ittico a «scarico zero» è costoso da costruire e i costi di gestione per il trattamento dei rifiuti sono significativi. Inoltre, il funzionamento quotidiano del trattamento dei rifiuti richiederà un’attenzione significativa per farlo funzionare in modo efficiente. Per l’allevamento ittico a scarico zero si dovrebbe anche essere consapevoli del fatto che una certa quantità di scambio idrico è sempre necessaria per prevenire l’accumulo di metalli e composti fosforici nel sistema. La linea di fondo è che le autorità e l’agricoltore devono concordare un permesso di discarico che permetta di proteggere l’ambiente pur avendo un’attività di allevamento ittico economicamente redditizia.

_Figura 6.8 Confronto delle scariche di azoto a intensità di ricircolo diverse. I calcoli si basano su un esempio teorico di un sistema da 500 tonnellate/anno con un volume d’acqua totale di 4 000 m^3, in cui 3 000 m^3 è il volume dell’acquario. Non è il grado di ricircolo in sé che riduce lo scarico dell’azoto, ma l’applicazione della tecnologia di trattamento delle acque reflue. Tuttavia, un tasso di ricircolo più intenso rende sempre più facile trattare le acque reflue in quanto questo è ridotto di volume. _

La combinazione di acquacoltura intensiva, che si tratti di ricircolo o tradizionale, con sistemi estesi di acquacoltura, come ad esempio la coltura tradizionale della carpa, può essere un modo semplice per gestire i rifiuti biologici. I nutrienti del sistema intensivo sono utilizzati come fertilizzante negli ampi stagni quando l’acqua in eccesso dall’allevamento intensivo scorre alla zona del laghetto delle carpe. L’acqua proveniente dall’ampia area del laghetto può essere riutilizzata come acqua di processo nella fattoria intensiva. La crescita di alghe e piante acquatiche negli ampi stagni sarà consumata dalla carpa erbivora, che alla fine vengono raccolte e utilizzate per il consumo. Nel sistema intensivo si ottengono condizioni di allevamento efficienti e l’impatto ambientale è stato tenuto conto in combinazione con l’ampia area laghetto.

_Figura 6.9 Sistemi combinati di piscicoltura intensiva in Ungheria. Il numero di opportunità sembra illimitato. Fonte: Laszlo Varadi, Istituto di ricerca per la pesca, l’acquacoltura e l’irrigazione (HAKI), Szarvas, Ungheria. _

*Fonte: Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura, 2015, Jacob Bregnballe, Guida all’acquacoltura di ricircolo, http://www.fao.org/3/a-i4626e.pdf. Riprodotto con permesso. *