Impostazione funzionale e dimensionamento delle vasche di

Impostazione funzionale e dimensionamentodelle vasche di prima pioggiaGianfranco Becciu

G. Becciu - Impostazione funzionale e dimensionament o delle vasche di prima pioggia

Le vasche di prima pioggia

LE VASCHE DI PRIMA PIOGGIA SONO INVASI PER L’ACCUMULO

TEMPORANEO DI UNA PARTE DELLE ACQUE CONVOGLIATE DAL

SISTEMA FOGNARIO DURANTE GLI EVENTI DI PIOGGIA.

POSSONO ESSERE INSERITE SIA NELLE RETI FOGNARIE

UNITARIE CHE NELLE RETI METEORICHE DI SISTEMI SEPAR ATI.


infiltrazionese compatibile

infiltrazionese compatibile

Vasca di prima pioggia

Vasca di prima pioggia e vasca volano

Sistema separato “perfetto” e senza inquinamento de lle superfici (non necessità di vasche di prima pioggia)

Sistema misto

Vasca volano


Funzione delle vasche di prima pioggia

RIDURRE L’IMPATTO SULL’AMBIENTE DEGLI SCARICATORI D I PIENA DELLE FOGNATURE

• LIMITARE IL NUMERO ANNUO DI SCARICHI

• RIDURRE LE MASSE DI INQUINANTI SVERSATE NEI CORPI IDRICI RICETTORI

• CONSTRIBUIRE AL RISPETTO DEI LIMITI DI LEGGE SULLE CONCENTRAZIONI DI INQUINANTI NELLE ACQUE SCARICATE


Elementi per il dimensionamento di una vasca di prima pioggia

1. QUALE VOLUME ?

2. QUALE TIPO DI VASCA ?

3. QUALE FORMA SCEGLIERE ?

4. QUALE SISTEMA DI LAVAGGIO ?


Volume della vasca

I criteri di progetto delle vasche di prima pioggia si possono

basare su diversi criteri, legati alle concentrazio ni di inquinanti

allo scarico o nel corpo idrico ricettore, al numer o medio annuo

di scarichi, alla quantità di massa sversata, ecc.

In Italia il criterio prevalente è quello di ASSUMERE PER LA

VASCA IL VOLUME DELLE COSIDDETTE “PRIME PIOGGE”.


Volume della vasca

L’acqua di “prima pioggia” è definita come la parte del volume

di pioggia nella quale si concentrano generalmente la maggior

parte degli inquinanti per effetto del cosiddetto “ first flush ”.

Un valore standard è di 5 mm di pioggia considerati

uniformemente distribuiti sul bacino e concentrati nei primi 15

minuti dell’evento meteorico.

I regolamenti regionali usano quindi come valore di riferimento

un volume pari a 50 m3/ha imp , in qualche caso ridotto a 25

m3/ha imp per lo scarico nei corpi idrici non significativi.


First flush e massa inquinante intercettata


First flush e massa inquinante intercettata


Scelta del tipo di vasca

LA TIPOLOGIA DELLA VASCA PIU’ ADATTA DIPENDE DALLE CARATTERISTICHE DEL SISTEMA FOGNARIO IN CUI ESSA SI INSERISCE.

IN GENERALE LA SCELTA TRA VASCHE IN LINEA E FUORI L INEA DIPENDE PRINCIPALMENTE DALLE QUOTE DISPONIBILI PER LO SCARICO E PER LO SFIORO DELLE ACQUE, DALLO SPAZIO DISPONIBILE PER LA REALIZZAZIONE.

LA SCELTA TRA VASCHE DI TRANSITO E QUELLE DI CATTUR A DIPENDE PRINCIPALMENTE DALL’ANDAMENTO CARATTERISTICO DELLE CONCENTRAZIONI DI INQUINANTI NELLE ACQUE DRENATE.


Scelta del tipo di vasca

LE VASCHE SI POSSONO DISTINGURE FUNZIONALMENTE SIA DAL PUNTO DI VISTA DEL MECCANISMO DI RIEMPIMENTO :

VASCHE IN LINEA e VASCHE FUORI LINEA

CHE DAL PUNTO DI VISTA DEL MECCANISMO DI SCARICO DI TROPPO PIENO :

VASCHE DI TRANSITO e VASCHE DI CATTURA


Vasche in linea

Nelle vasche in linea transitano tutte le acque convogliate dalla rete fognaria a monte.

La vasca si riempie quando la portata in arrivo da monte supera, per effetto di una pioggia, il valore limite ammissibile per il sistema fognario-depurativo a valle.

Questa portata limite normalmente è pari a 3 – 5 volte la portata nera media nelle reti unitarie e a 2 – 4 volte nelle reti meteoriche.


Vasche in linea

LE VASCHE DI PRIMA PIOGGIA IN LINEA SONO FUNZIONALMENTE EQUIVALENTI AGLI SCARICATORI A BACINO DI CALMA.


15Vasche di prima pioggia – IN LINEASchemi di funzionamento

Scarico al ricettore

Condotto derivatoreverso la depurazione

Scarico di troppo pieno

Bocca di controllo

IN RIEMPIMENTO




Bocca di controllo

A VASCA PIENA

Max livello in vasca

Vantaggi: - collegamenti idraulici semplici- bypass ═> evita miscelazione tra acque invasate e da sfiora re- può essere svuotata a gravità

Svantaggi: - anche per Q<Q soglia la corrente attraversa la vasca PP (senza invaso) - in caso di bocca fissa ═> portate in uscita molto variabili- difficile da rendere autopulenti

IN TEMPO SECCO




Bocca di controllo



Vasche fuori linea

Nelle vasche fuori linea transitano solo le acque provenienti dall’emissario dello scaricatore di piena a monte.

La vasca si riempie, anche in questo caso, quando la portata in arrivo allo scaricatore di piena a monte supera, per effetto di una pioggia, la portata limite per il sistema fognario-depurativo a valle.


Vasche fuori linea

LE VASCHE DI PRIMA PIOGGIA FUORI LINEA RICHIEDONO UNO SCARICATORE DI PIENA A MONTE.


18



Bocca di controllo


Vasche di prima pioggia – FUORI LINEASchemi di funzionamento

IN RIEMPIMENTO A VASCA PIENA


Vantaggi: - portata verso valle è meno variabile rispetto al lo schema “in linea”- invaso solo per Q>Qsoglia ═> vasca vuota in tempo secco- bypass ═> evita miscelazione tra acque invasate e da sfiorare- più facilmente inseribile nel tessuto urbano

Svantaggi: - collegamenti idraulici più complessi- per lo svuotamento è spesso necessario usare una p ompa

IN TEMPO SECCO




Bocca di controllo




Bocca di controllo



Vasche di transito e di cattura

Nelle vasche di TRANSITO lo scarico a vasca piena avviene dopo il transito delle acque in eccesso. Si ha dunque il miscelamento delle acque di “seconda pioggia” con quelle di “prima pio ggia” accumulate nella vasca. Sono più efficaci nel caso del cosiddetto “late flush”, cioè quando le concentrazioni degli i nquinanti rimangano significative dopo la prima parte dell’ev ento .

Nelle vasche di CATTURA lo scarico avviene a monte della vasca, mediante un manufatto di by-pass. Le acque di “seconda pioggia” vengono quindi scaricate senza il miscelamento con quelle di “prima pioggia” accumulate in vasca. Queste vasche sono comunque dotate anche di uno scaricatore superficia le di emergenza. Sono più efficaci nel caso di “first flu sh” significativo.

Questo secondo tipo è generalmente preferito e in m olti casi esplicitamente prescritto dalle norme.


Vasche di transito

IN LINEA

FUORI LINEA


21Vasche di cattura

MISTA SEPARATA



nera bianca



Bocca di controllo


Ripartitore / Bypass(devia portate a vasca piena)

IN L

INE

A

MISTA SEPARATA



VASCA DI PRIMA PIOGGIAdi capacità Wpp

nera bianca

FU

OR

I LIN

EA

Scaricatore(devia portate superiori alla soglia)




Corpo idrico ricettoreBocca di controllo


Bocca di controllo



Tipologia di vasca e massa intercettata


Tipo di fognatura e massa intercettata


Vasche chiarificatrici

Un tipo di vasche particolare sono le vasche chiarificatrici .

Hanno un comportamento funzionale intermedio tra le vasche di transito e quelle di cattura.

Raggiunto il massimo riempimento, le portate da scaricare attraversano comunque la vasca (come nelle vasche di transito), ma l’uso di limitatori di portata allo scarico di troppo pieno dalla vasca e l’attivazione successiva di uno scarico a monte (scarico d’emergenza) fa sì che la parte più rilevante delle acque in eccesso non si mescolino alle acque invasate (come nelle vasche di cattura).




Combinazione scarico di troppo pieno e di emergenza


Riadattato da Brombach et al., Clarifiers – type CSO tanks: hydrailic design for optimim sedimentation efficiency, 11 ° ICUD, Edimburgh, 2008.





Forme della vasca

LE FORME GENERALMENTE USATE PER LE VASCHE DI PRIMA PIOGGIA SONO TRE:

RETTANGOLAREQUADRATACIRCOLARE

La forma rettangolare è la più comune, sia per la s emplicità realizzativa, sia per la maggiore efficienza dei sistemi di pulizia .

La forma circolare consente di minimizzare il perimet ro della vasca e quindi i costi di realizzazione. Le maggiori complessi tà realizzative però ne limitano l’adozione.

La forma quadrata risulta la meno efficiente per qu anto riguarda la sedimentazione e la pulizia. E’ quindi generalmente s consigliata.

Un caso particolare sono le vasche realizzate mediant e una tubazione di dimensioni maggiorate ( Supertubo ). Consentono l’inserimento della vasca anche in spazi sotterranei ristretti.


Forme della vasca

Le proporzioni della vasca possono essere calcolate secondo il criterio dell’efficienza di sedimentazione:

V = velocità longitudinale = Q/(bh)

VS = velocità di sedimentazione = g( ρS – ρA)D2/(18µ) (Legge di Stokes)

Imponendo che il tempo di sedimentazione sia uguale al tempo di percorrenza della vasca risulta che

Vs = VA = Q/(bL) = velocità superficiale


Forme della vasca

In generale è opportuno che le vasche rettangolari siano allungate per agevolare sia la sedimentazione, che i processi di p ulizia. Le norme ATV suggeriscono che i rapporti di forma della vasca ri sultino entri i limiti seguenti :

10 < L/h < 15

3 < L/b < 4.5

2 < b/h < 4

Le norme tedesche ATV suggeriscono i seguenti valor i di progetto:

Q = 15 – 30 l/(sha imp )

VA < 10 m/ora

Vh = velocità verticale = Q/(bh) < 5 cm/s


Sistemi di lavaggio

Esistono diversi sistemi di pulizia delle vasche: •

•PARATOIE•SISTEMI A DEPRESSIONE•VASCHE RIBALTANTI•MIXER ED EIETTORI

I primi tre sistemi si attivano dopo che la vasca s i è svuotata, creando un’onda che rimuove i sedimenti e li avvia verso lo scarico.

Il quarto sistema si attiva prima del completo svuo tamento, per mettere in sospensione i solidi presenti nell’acqua invasata e avviarli verso lo scarico.


Sistemi di lavaggio

Ogni sistema di lavaggio è applicabile a tutte le p ossibili tipologie di vasche (in linea o fuori linea, di transito o di ca ttura)

I costi di realizzazione dei diversi sistemi sono e quivalenti, mentre i costi operativi sono differenziati.

In generale, i sistemi di lavaggio mediante paratoi e presentano i minori consumi energetici, mentre quelli con mixer ed eiettori i maggiori.

I sistemi ad eiettori aria-acqua, dall’altro lato, riducono significativamente i fenomeni putrefattivi di tipo anaerobico.


Sistema a vasche paratoie

(Papiri, 2008)


Sistema a depressione

(Papiri, 2008)


Sistema a vasche ribaltanti

(Papiri, 2008)


Sistema con eiettori

(Papiri, 2008)

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