Modellazione idrodinamica per l'analisi dell'attività microbica nelle constructed wetlands

Il presente lavoro è incentrato sullo studio di sistemi innovativi per il trattamento delle acque, le cosiddette Constructed Wetlands. Si tratta di vasche per la depurazione di acque reflue che negli ultimi anni hanno subito una diffusione crescente legata sicuramente alla forte riduzione del consumo energetico che si riesce ad ottenere rispetto a quanto accade con i tradizionali sistemi di depurazione. Principalmente si classificano in sistemi a superficie libera e sistemi a flusso sotterraneo; queste ultime sono state oggetto di tesi. Le wetland a flusso sotterraneo si presentano come delle vasche che contengono sedimenti ghiaiosi con vegetazione in superficie e vengono attraversate da un flusso d’acqua da depurare che può essere orizzontale o verticale. I fenomeni che avvengono all’interno delle wetland sono molto complessi e tuttora rimangono poco conosciuti. Naturalmente questi sistemi che rappresentano un complemento ai classici sistemi di trattamento delle acque richiedono spazi molto importanti. Ci sono però, dei benefici che compensano in parte l’ampia richiesta di spazio: la realizzazione di aree verdi che hanno una valenza di natura estetica e ricreativa; la presenza di queste aree inoltre fornisce un habitat a diverse specie di animali e ha un effetto di raffrescamento che può risultare molto utile nei centri urbani. L’attività di tesi si basa sui risultati di un esperimento fatto nel 2014 nell’università di Nantes in cui è stata sperimentata una particolare tecnica fotografica con lo scopo di visualizzare l’attività batterica che si instaura in ogni punto di una serie di vasche pilota attraverso l’immissione all’interno delle stesse di un tracciante non conservativo, il diacetato di fluoresceina. La sua degradazione provocata dai microrganismi nel suolo produce una sostanza fluorescente che permette di osservare e monitorare nel tempo lo sviluppo dell’attività enzimatica all’interno delle wetland. L’obiettivo della tesi è quello di cercare di capire se i fenomeni idrodinamici di flusso e trasporto dell’ossigeno che avvengono nelle wetland permettono di prevedere e spiegare le zone di maggiore attività batterica, cioè le zone della vasca dove effettivamente avviene la rimozione degli inquinanti. Allo scopo di raggiungere tale obiettivo sono state effettuate delle simulazioni numeriche utilizzando determinate scelte modellistiche nell’ottica di riprodurre il campo di moto dentro la vasca. Sono state effettuate due principali tipologie di analisi. Una prima, in cui è stato simulato il trasporto di un tracciante conservativo per valutare i tempi di residenza dell’acqua nel sistema che però non si sono rilevati sufficienti a giustificare le zone di maggiore attività batterica. Con un altro tipo di simulazione, invece, si è voluto analizzare la dinamica dell’ossigeno all’interno della wetland. In questo caso, considerando che le piante presenti rilasciano una certa quantità di ossigeno e ipotizzando una cinetica di consumo di ossigeno da parte dei microrganismi, è stata determinata la concentrazione puntuale all’interno del dominio. I risultati ottenuti, messi a confronto con le immagini ottenute con il metodo fotografico, ci hanno permesso di dimostrare che sicuramente la dinamica dell’ossigeno influenza l’attività batterica all’interno delle wetland ma che da sola non è in grado di fornire delle spiegazioni in maniera esaustiva.