Fitodepurazione

La fitodepurazione è una tecnologia naturale di depurazione delle acque che sfrutta la capacità delle piante acquatiche, dei microrganismi e del substrato filtrante di rimuovere, degradare o immobilizzare gli inquinanti presenti nelle acque reflue.

Considerata una delle più efficaci Nature-based Solutions, rappresenta un’alternativa sostenibile ai sistemi di depurazione convenzionali, poiché utilizza processi biologici alimentati principalmente dall’energia solare, riducendo il consumo energetico, l’impiego di sostanze chimiche e la necessità di infrastrutture complesse.

Sebbene gli impianti moderni di fitodepurazione abbiano iniziato a diffondersi soprattutto a partire dagli anni Ottanta, come risposta ai limiti economici e ambientali delle tecniche tradizionali di bonifica e trattamento delle acque, l’impiego delle piante per depurare l’acqua ha origini molto più antiche, con esperienze documentate già da circa tre secoli.

Da allora, la ricerca scientifica ha dimostrato che numerose specie vegetali sono in grado di assorbire, trasformare o trattenere contaminanti organici e inorganici, contribuendo al miglioramento della qualità delle acque.

Oggi numerosi Paesi e città nel mondo adottano sistemi di fitodepurazione sia per il trattamento delle acque reflue civili e industriali sia per il recupero di aree degradate e contaminate. Il Programma delle Nazioni Unite per l’Ambiente (UNEP) definisce questo approccio come “l’uso efficiente delle piante per rimuovere, detossificare o immobilizzare i contaminanti ambientali”, evidenziandone il ruolo strategico nella tutela delle risorse idriche e degli ecosistemi.

Grazie alla sua elevata sostenibilità ambientale, ai costi di gestione contenuti e alla capacità di favorire anche la biodiversità, la fitodepurazione è oggi considerata una soluzione sempre più importante per una gestione delle acque orientata ai principi dell’economia circolare e dell’adattamento ai cambiamenti climatici.

Differenza tra fitodepurazione e fitorisanamento

Sebbene i termini siano spesso utilizzati come sinonimi, fitodepurazione e fitorisanamento (o fitorimediazione) indicano applicazioni diverse delle capacità depurative delle piante. Entrambe sfruttano processi naturali per rimuovere, degradare o immobilizzare gli inquinanti, ma differiscono per finalità, ambito di applicazione e modalità di intervento.

La fitodepurazione è una tecnica progettata principalmente per il trattamento delle acque reflue, provenienti da insediamenti civili, attività agricole, allevamenti o alcuni processi industriali. Il trattamento avviene all’interno di impianti, costituiti da bacini impermeabilizzati riempiti con materiali filtranti, come ghiaia e sabbia, nei quali vengono messe a dimora specie vegetali acquatiche, tra cui la cannuccia di palude (Phragmites australis), la tifa (Typha spp.) e il giunco (Juncus spp.).

Durante il passaggio dell’acqua attraverso il sistema, le radici delle piante, il substrato e le comunità di microrganismi cooperano nella degradazione della sostanza organica, nell’assorbimento dei nutrienti e nella rimozione di numerosi contaminanti, restituendo un’acqua di qualità idonea allo scarico o, quando consentito dalla normativa, al riutilizzo.

Il fitorisanamento, invece, rappresenta un concetto più ampio che comprende l’impiego delle piante per la bonifica di matrici ambientali contaminate, come suoli, sedimenti, falde acquifere e, in alcuni casi, anche acque superficiali. L’intervento è effettuato direttamente nei siti inquinati, ad esempio aree industriali dismesse, discariche o terreni contaminati da metalli pesanti, idrocarburi e altre sostanze tossiche. A seconda del contaminante e della specie vegetale utilizzata, le piante possono assorbire gli inquinanti nei propri tessuti, trasformarli in composti meno pericolosi, degradarli grazie alla collaborazione con i microrganismi della rizosfera oppure immobilizzarli nel terreno, limitandone la diffusione nell’ambiente.

La fitodepurazione può essere considerata una specifica applicazione del fitorisanamento, dedicata soprattutto alla depurazione delle acque mediante impianti ingegnerizzati che riproducono il funzionamento delle zone umide naturali, mentre il fitorisanamento comprende un insieme più ampio di tecniche destinate al recupero di ecosistemi contaminati.

Come funziona un impianto di fitodepurazione

Un impianto di fitodepurazione funziona come un ecosistema artificiale capace di riprodurre i processi di autodepurazione tipici delle zone umide naturali. La depurazione non è affidata esclusivamente alle piante, ma deriva dall’azione combinata del substrato filtrante, dei microrganismi che colonizzano le radici e delle specie vegetali acquatiche, che lavorano insieme per ridurre il carico inquinante delle acque reflue senza ricorrere a prodotti chimici.

Il pretrattamento delle acque reflue

Prima di raggiungere il sistema di fitodepurazione, le acque reflue vengono sottoposte a un trattamento preliminare in una fossa Imhoff, in una fossa settica o in altri dispositivi equivalenti. Durante questa fase i materiali più pesanti sedimentano sul fondo formando i fanghi, mentre oli, grassi e schiume vengono trattenuti in superficie. Questo pretrattamento riduce il carico di solidi sospesi e protegge il successivo sistema di depurazione dall’occlusione del materiale filtrante.

Il passaggio nei bacini di fitodepurazione

L’acqua pretrattata viene convogliata in uno o più bacini impermeabilizzati mediante membrane sintetiche, progettati per evitare infiltrazioni nel sottosuolo. Le vasche sono riempite con materiali inerti, generalmente ghiaia, pietrisco e sabbia, che costituiscono il supporto per lo sviluppo dell’apparato radicale delle piante e delle comunità microbiche.

Durante il lento attraversamento del substrato si verificano contemporaneamente fenomeni di filtrazione, sedimentazione, adsorbimento delle sostanze inquinanti e trasformazioni biologiche che contribuiscono alla progressiva purificazione dell’acqua.

I diversi sistemi di flusso

La circolazione dell’acqua può avvenire secondo differenti configurazioni progettuali.

Nei sistemi a flusso superficiale l’acqua scorre al di sopra del substrato, riproducendo il funzionamento di una palude naturale. Questa soluzione presenta un elevato valore paesaggistico e favorisce la biodiversità, ma richiede superfici più estese.

Nei sistemi a flusso sommerso, oggi i più diffusi, l’acqua attraversa completamente il letto di ghiaia senza affiorare in superficie. Questa configurazione limita la formazione di cattivi odori, riduce la proliferazione degli insetti e garantisce una maggiore efficienza depurativa. Il flusso sommerso può essere orizzontale oppure verticale, a seconda della direzione con cui il refluo attraversa il materiale filtrante.

Il ruolo delle piante e dei microrganismi

Il cuore della fitodepurazione è rappresentato dalla rizosfera, la zona di terreno che circonda le radici delle piante acquatiche.

Le piante svolgono numerose funzioni ecologiche. Attraverso i loro tessuti trasferiscono parte dell’ossigeno atmosferico alle radici, creando un ambiente favorevole allo sviluppo dei microrganismi aerobi. Inoltre assorbono una parte dei nutrienti, mantengono permeabile il substrato con l’apparato radicale e favoriscono la stabilità dell’intero ecosistema depurativo.

I principali protagonisti della depurazione sono però i batteri, i funghi e gli altri microrganismi presenti nel biofilm che riveste radici e materiali filtranti. Essi degradano la sostanza organica, trasformano l’azoto attraverso i processi di nitrificazione e denitrificazione, contribuiscono alla rimozione del fosforo e favoriscono l’abbattimento di numerosi contaminanti e microrganismi patogeni.

L’acqua depurata

Durante il lento percorso all’interno del sistema, il refluo perde progressivamente il proprio carico inquinante fino a raggiungere livelli qualitativi conformi agli obiettivi progettuali dell’impianto. L’acqua depurata può quindi essere scaricata nell’ambiente nel rispetto della normativa vigente oppure, quando la qualità raggiunta e la legislazione lo consentono, essere destinata ad alcuni impieghi non potabili, come l’irrigazione di aree verdi, il riutilizzo agricolo o altri usi compatibili con le disposizioni di legge.

L’efficienza dell’impianto dipende da diversi fattori, tra cui la progettazione, il tempo di permanenza dell’acqua, le caratteristiche del refluo, il clima e la corretta manutenzione del sistema.

Le principali tipologie di impianti di fitodepurazione

Gli impianti di fitodepurazione possono essere classificati in base al percorso seguito dall’acqua e al grado di ossigenazione del sistema. Queste caratteristiche influenzano i processi biologici che avvengono all’interno dell’impianto e ne determinano l’efficienza nella rimozione dei diversi contaminanti. Le quattro principali tipologie sono i sistemi a flusso superficiale, a flusso sommerso orizzontale, a flusso sommerso verticale e gli impianti ibridi.

Sistemi a flusso superficiale (FWS – Free Water Surface)

I sistemi a flusso superficiale riproducono il funzionamento delle zone umide naturali. L’acqua scorre lentamente sopra il terreno, con una profondità generalmente compresa tra 20 e 40 centimetri, attraversando una fitta vegetazione acquatica costituita da cannuccia di palude, tifa, giunchi e altre specie igrofile.

La depurazione è il risultato dell’azione combinata della sedimentazione delle particelle solide, dell’attività dei microrganismi presenti nell’acqua e nei sedimenti, dell’assorbimento di nutrienti da parte delle piante e dei processi naturali di ossigenazione e degradazione biologica.

Questi impianti sono particolarmente indicati come trattamento finale di affinamento delle acque depurate e per interventi di riqualificazione ambientale, poiché favoriscono la biodiversità e possono trasformarsi in veri e propri habitat per uccelli, anfibi e insetti. Di contro, richiedono superfici estese e, in alcune condizioni climatiche, possono favorire la presenza di zanzare.

Sistemi a flusso sommerso orizzontale (HF – Horizontal Flow)

Nei sistemi a flusso sommerso orizzontale l’acqua attraversa lentamente un letto impermeabilizzato di ghiaia e sabbia rimanendo sempre al di sotto della superficie. Il refluo scorre orizzontalmente dall’ingresso all’uscita dell’impianto senza essere visibile.

L’ambiente che si crea all’interno del materiale filtrante è prevalentemente povero di ossigeno, favorendo l’attività dei microrganismi responsabili della denitrificazione, processo che trasforma i nitrati in azoto gassoso restituendolo all’atmosfera. Il sistema garantisce inoltre una buona rimozione della sostanza organica e dei solidi sospesi, evitando la formazione di cattivi odori e limitando la proliferazione degli insetti.

Grazie alla sua semplicità costruttiva e gestionale, questa configurazione è una delle più diffuse per il trattamento delle acque reflue civili provenienti da abitazioni, piccoli centri abitati e strutture ricettive.

Sistemi a flusso sommerso verticale (VF – Vertical Flow)

Negli impianti a flusso sommerso verticale l’acqua viene distribuita periodicamente sulla superficie del bacino attraverso pompe o sifoni e percola dall’alto verso il basso attraversando il letto filtrante.

Tra un ciclo di alimentazione e il successivo, gli spazi vuoti presenti nella ghiaia si riempiono di aria, consentendo un’elevata ossigenazione del substrato. Questa caratteristica favorisce lo sviluppo dei batteri aerobi e rende il sistema particolarmente efficace nella degradazione della sostanza organica e nella nitrificazione dell’azoto ammoniacale.

Rispetto ai sistemi a flusso orizzontale, gli impianti verticali presentano una maggiore capacità depurativa a parità di superficie e richiedono generalmente spazi più contenuti. Tuttavia, la loro gestione è più complessa perché richiede un’alimentazione intermittente dell’acqua.

Sistemi ibridi

I sistemi ibridi combinano due o più tipologie di fitodepurazione per sfruttarne i rispettivi punti di forza. La configurazione più comune prevede un impianto a flusso verticale seguito da uno a flusso orizzontale.

Nel primo stadio avviene un’intensa ossidazione della sostanza organica e la nitrificazione dell’azoto ammoniacale grazie all’elevata disponibilità di ossigeno. Nel secondo stadio, caratterizzato da condizioni meno ossigenate, i batteri completano il trattamento mediante la denitrificazione, eliminando gran parte dei nitrati residui.

Grazie alla complementarità dei diversi processi biologici, gli impianti ibridi consentono di raggiungere elevate prestazioni depurative, rispettando anche i limiti normativi più restrittivi. Per questo motivo vengono impiegati nel trattamento di reflui civili ad alta efficienza e di scarichi provenienti da attività produttive, come aziende agroalimentari, cantine, caseifici e piccole industrie, caratterizzati da un elevato carico organico.

Piante utilizzate nella fitodepurazione

Le piante impiegate negli impianti di fitodepurazione appartengono al gruppo delle macrofite acquatiche, cioè specie vegetali di dimensioni sufficientemente grandi da essere osservabili direttamente e capaci di vivere in ambienti caratterizzati dalla presenza permanente o temporanea di acqua.

Queste piante rappresentano una componente fondamentale dell’intero ecosistema depurativo. Sono selezionate per la loro capacità di adattarsi a condizioni di saturazione idrica, sviluppare apparati radicali resistenti, favorire la crescita dei microrganismi depuratori e trasferire ossigeno dalla parte aerea della pianta alla zona radicale.

Attraverso le radici, infatti, le macrofite creano la cosiddetta rizosfera, un ambiente ricco di attività biologica dove batteri e altri microrganismi degradano la sostanza organica e trasformano numerosi contaminanti presenti nelle acque reflue. Inoltre, le piante contribuiscono all’assorbimento di nutrienti come azoto e fosforo, alla stabilizzazione del substrato filtrante e al mantenimento della permeabilità del sistema.

Le macrofite utilizzate nella fitodepurazione possono essere suddivise in tre principali categorie.

Macrofite radicate emergenti

Le macrofite radicate emergenti, dette anche elofite, sono le specie più diffuse negli impianti di fitodepurazione, soprattutto nei sistemi a flusso sommerso orizzontale e verticale.

Queste piante possiedono radici e rizomi ancorati al substrato filtrante, mentre fusti e foglie crescono al di sopra della superficie dell’acqua. Il loro apparato radicale penetra nella ghiaia creando una fitta rete biologica che ospita milioni di microrganismi responsabili della depurazione.

Macrofite galleggianti

Le macrofite galleggianti, chiamate anche pleustofite, vivono liberamente sulla superficie dell’acqua senza essere ancorate al fondo. Assorbono direttamente dall’acqua parte dei nutrienti disciolti attraverso l’apparato radicale immerso.

Sono utilizzate soprattutto nei sistemi a flusso superficiale e nei bacini di affinamento, dove possono contribuire alla riduzione di nutrienti come azoto e fosforo e alla creazione di habitat favorevoli alla biodiversità.

Tra gli esempi più conosciuti vi sono le lenticchie d’acqua (Lemna spp.) e il giacinto d’acqua (Eichhornia crassipes), molto efficace nell’assorbimento dei nutrienti ma problematico nelle aree dove può diventare una specie invasiva.

Il loro utilizzo negli impianti controllati richiede tuttavia una gestione accurata per evitare un’eccessiva proliferazione della biomassa vegetale.

Macrofite sommerse e radicate natanti

Le macrofite sommerse vivono completamente immerse nell’acqua, mentre le macrofite radicate natanti hanno le radici ancorate al fondo e sviluppano foglie galleggianti sulla superficie.

Queste piante sono impiegate principalmente nei sistemi a flusso superficiale o negli stadi finali di affinamento, dove contribuiscono alla stabilizzazione dell’ecosistema acquatico, all’ossigenazione dell’acqua e alla riduzione dei nutrienti residui.

Nel complesso, la scelta delle specie vegetali dipende dalle caratteristiche climatiche, dal tipo di impianto, dalla composizione del refluo e dagli obiettivi depurativi. Una corretta selezione delle macrofite permette di creare un sistema stabile, efficiente e capace di integrare la depurazione delle acque con la valorizzazione ecologica del territorio.

Inquinanti rimossi dalla fitodepurazione

La fitodepurazione è una tecnologia efficace nel trattamento delle acque reflue perché sfrutta contemporaneamente diversi processi fisici, chimici e biologici in grado di ridurre un’ampia gamma di contaminanti. La rimozione degli inquinanti non avviene esclusivamente grazie alle piante, ma attraverso la collaborazione tra substrato filtrante, microrganismi della rizosfera e apparato radicale delle macrofite. A seconda della tipologia di impianto, del tempo di permanenza dell’acqua e delle caratteristiche del refluo, il sistema può abbattere sostanze organiche, nutrienti, solidi sospesi, microrganismi patogeni e alcuni contaminanti specifici.

Sostanza organica e carico organico

Uno degli obiettivi principali della fitodepurazione è la riduzione della sostanza organica biodegradabile, generalmente misurata attraverso parametri come il BOD (domanda biochimica di ossigeno) e il COD (domanda chimica di ossigeno). Queste sostanze derivano principalmente dagli scarichi domestici, agricoli e agroalimentari e, se immesse nell’ambiente in quantità elevate, possono provocare un consumo eccessivo di ossigeno nei corpi idrici.

La degradazione avviene soprattutto grazie ai batteri presenti sulla superficie delle radici e del materiale filtrante. Questi microrganismi utilizzano la sostanza organica come fonte di energia, trasformandola in composti più semplici come anidride carbonica, acqua e biomassa microbica.

Azoto e fosforo

La fitodepurazione è particolarmente importante nella rimozione dei nutrienti, soprattutto azoto e fosforo, la cui presenza in eccesso può causare fenomeni di eutrofizzazione nei laghi, nei fiumi e nelle zone costiere.

L’azoto viene eliminato attraverso diversi processi biologici. Nelle zone ricche di ossigeno avviene la nitrificazione, durante la quale specifici batteri trasformano lo ione ammonio in nitrato. Successivamente, nelle aree meno ossigenate del substrato, altri microrganismi realizzano la denitrificazione, convertendo i nitrati in azoto gassoso che viene restituito all’atmosfera. Una parte dell’azoto viene inoltre assimilata direttamente dalle piante per la crescita.

Il fosforo viene rimosso principalmente attraverso l’assorbimento vegetale, l’adsorbimento sulle particelle del substrato e la precipitazione sotto forma di composti minerali insolubili. Tuttavia, rispetto all’azoto, la capacità di rimozione del fosforo può diminuire nel tempo quando il materiale filtrante raggiunge la saturazione.

Solidi sospesi e particelle inquinanti

I sistemi di fitodepurazione sono molto efficaci nel trattenere i solidi sospesi, cioè particelle organiche e minerali trasportate dalle acque reflue. Il rallentamento del flusso all’interno del letto filtrante favorisce la sedimentazione delle particelle più pesanti, mentre la rete di radici e il substrato agiscono come un filtro naturale.

Questo processo migliora la limpidezza dell’acqua e impedisce che materiali solidi raggiungano gli ecosistemi acquatici circostanti.

Microrganismi patogeni e altri contaminanti

La fitodepurazione contribuisce anche alla riduzione di batteri, virus e altri microrganismi patogeni attraverso diversi meccanismi, tra cui filtrazione, predazione biologica, esposizione alla luce solare nei sistemi superficiali e competizione con le comunità microbiche presenti nel substrato.

In alcuni casi, gli impianti possono contribuire alla rimozione di ulteriori contaminanti, come residui di idrocarburi, pesticidi, farmaci e metalli pesanti. L’efficacia nei confronti di queste sostanze dipende però dalla loro concentrazione, dalle caratteristiche chimiche del composto e dalla progettazione dell’impianto.

Nel complesso, la fitodepurazione rappresenta un sistema versatile capace di ridurre il carico inquinante delle acque reflue attraverso processi naturali, trasformando un semplice impianto di trattamento in un ecosistema funzionale che integra depurazione, tutela della biodiversità e gestione sostenibile della risorsa idrica.

Benefici della fitodepurazione

La fitodepurazione rappresenta una soluzione sostenibile per il trattamento delle acque reflue perché integra efficienza depurativa, basso impatto ambientale e valorizzazione degli ecosistemi. Rispetto ai sistemi tradizionali, questi impianti sfruttano principalmente processi naturali, riducendo il consumo energetico e la necessità di prodotti chimici.

Uno dei principali vantaggi è la riduzione dei costi di gestione e manutenzione. Gli impianti di fitodepurazione richiedono generalmente meno energia rispetto ai depuratori convenzionali, poiché non dipendono da sistemi intensivi di aerazione meccanica o da complesse apparecchiature elettromeccaniche. Questa caratteristica li rende particolarmente adatti per piccoli centri abitati, abitazioni isolate, strutture ricettive e aziende agricole.

Dal punto di vista ambientale, la fitodepurazione favorisce una gestione sostenibile della risorsa idrica, migliorando la qualità delle acque prima del loro rilascio nell’ambiente o del possibile riutilizzo per usi compatibili. Inoltre, contribuendo alla rimozione di sostanza organica, nutrienti e microrganismi patogeni, limita il rischio di eutrofizzazione e di degrado degli ecosistemi acquatici.

Un ulteriore beneficio riguarda la creazione di nuovi habitat naturali. Gli impianti, soprattutto quelli a flusso superficiale, possono trasformarsi in piccole zone umide artificiali capaci di ospitare numerose specie vegetali e animali, aumentando la biodiversità locale e offrendo importanti servizi ecosistemici.

La fitodepurazione presenta inoltre un elevato valore paesaggistico: a differenza dei depuratori tradizionali, spesso percepiti come infrastrutture invasive, può essere integrata armoniosamente nel territorio attraverso aree verdi, bacini naturalizzati e sistemi compatibili con il paesaggio circostante.

Infine, questi sistemi contribuiscono agli obiettivi di adattamento ai cambiamenti climatici, favorendo soluzioni decentralizzate per la gestione delle acque e aumentando la resilienza dei territori attraverso infrastrutture verdi capaci di unire depurazione, tutela ambientale e recupero ecologico.

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