Acque reflue: L’entità del problema dei rifiuti umani nel mondo è enorme e colpisce la salute umana, gli ecosistemi costieri e terrestri e persino il cambiamento climatico. Per risolvere il problema è necessario lavorare con le comunità per creare soluzioni su misura per loro, fornendo accesso a servizi igienici adeguati e adattando i sistemi fognari in deterioramento a un mondo in rapido cambiamento.
Le soluzioni decentralizzate e basate sulla natura sono considerate essenziali per ripulire i problemi delle acque reflue urbane e ridurre la pressione sui sistemi fognari centralizzati o fornire loro alternative convenienti ed efficienti.
La somma dei rifiuti umani prodotti da 7,8 miliardi di persone sta danneggiando gravemente la salute umana e l’ambiente, con le acque reflue che aggiungono circa 6,2 milioni di tonnellate di azoto alle acque costiere ogni anno, insieme a quantità sconosciute di altri contaminanti, compresi i prodotti farmaceutici alle microplastiche .
La contaminazione prodotta dalle acque reflue è così grave da contribuire alla destabilizzazione dei sistemi di funzionamento sicuro della Terra e incide negativamente su almeno cinque confini planetari; colpisce l’acqua dolce, gli oceani e la terra con sovraccarichi di nutrienti e altri inquinanti; danneggia la biodiversità e contribuisce anche al cambiamento climatico.
Tuttavia, mentre l’inquinamento delle acque reflue è una pericolosa idra a più teste, una pletora di tecnologie e innovazioni vengono testate e implementate per affrontare la crisi. La buona notizia è che ogni soluzione locale che funziona, e il cui utilizzo può poi essere ampliato a livello globale, offre la possibilità di iniziare a regredire dalla possibilità di oltrepassare vari confini planetari.
Oggi, molto lavoro viene svolto in tutto il mondo non solo per trattare le acque reflue e fornire servizi igienici adeguati, ma anche per recuperare e riutilizzare i preziosi nutrienti e l’acqua fresca che scartiamo quotidianamente.
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Sostenere le comunità e proteggere gli ecosistemi
Circa sei persone su dieci nel mondo non hanno accesso a servizi igienici adeguati, secondo l’Agenzia statunitense per lo sviluppo internazionale (USAID). Nei paesi in via di sviluppo, dove mancano servizi igienici di base e strutture per il trattamento dell’acqua, l’accesso a una toilette sicura è un primo passo essenziale. Senza questi servizi, le comunità possono essere esposte a batteri e malattie dannose, mentre gli ecosistemi — barriere coralline e praterie di fanerogame — possono essere sovraccaricati di sostanze nutritive (azoto e fosforo) o minacciati da sostanze chimiche tossiche presenti nelle acque.
Molte organizzazioni, come le Nazioni Unite e l’USAID, insieme a vari paesi, stanno lavorando attivamente per risolvere i problemi relativi alle condizioni igieniche di base. La Coral Reef Alliance (CORAL) è solo un esempio di ONG che lavorano per catalizzare questo sforzo. Supporta le comunità aiutandole a trovare soluzioni igienico-sanitarie che proteggano le barriere coralline. La direttrice della CORAL Conservation, Helen Fox, indica due di questi progetti.
A Roatan, in Honduras, l’ONG ha coinvolto le parti interessate e le comunità locali per riportare in funzione un impianto di trattamento delle acque reflue in via di estinzione. Da quando l’impianto è stato riattivato, l’inquinamento è stato ridotto e le spiagge locali sono state dichiarate zona bandiera blu (sicure per i turisti), il che comporta chiaramente benefici per la salute pubblica, il commercio e l’economia. Allo stesso modo, le malattie nelle barriere coralline sono diminuite. Sebbene non tutto questo miglioramento sia attribuibile alla diminuzione dell’inquinamento idrico, è certamente un fattore, afferma CORAL.
Allo stesso modo, a Puakō, nella Big Island delle Hawaii, le acque reflue non trattate filtrano dai pozzi della comunità, dai sistemi di trattamento aerobico e dai sistemi settici nelle acque sotterranee e scorrono direttamente nell’oceano in sole cinque ore dopo il suo scarico, danneggiando le barriere coralline e mettendo a rischio la salute umana rischio. Dopo diversi anni di monitoraggio e confronto tra CORAL, popolazione locale e governo, nel 2021 è stato approvato un finanziamento di 1,8 milioni di dollari per la progettazione di un impianto di trattamento delle acque reflue in grado di risolvere il problema.
” Penso che sia importante che le soluzioni si adattino al problema “, afferma Fox. Farlo ” può essere un processo lungo, ma allo stesso tempo ci sono esempi di ecosistemi che si riprendono in tempi relativamente brevi una volta rimossa la minaccia di inquinamento “.
Infrastrutture deteriorate e rischi climatici
C’è un malinteso popolare che il trattamento improprio dei rifiuti sia un problema soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Tuttavia, i sistemi di trattamento delle acque reflue obsoleti e in deterioramento che servono molti paesi sviluppati, inclusi Stati Uniti, Regno Unito e nazioni dell’Unione Europea, devono affrontare problemi di rifiuti altrettanto significativi.
Il problema più grave è derivato da un difetto di progettazione nei sistemi di trattamento tra la fine del XIX e l’inizio del XX secolo, noto come overflow fognario combinato (CSO). Questi sistemi inviano rifiuti e acque piovane attraverso gli stessi tubi, che funzionano bene fino a quando non colpiscono piogge torrenziali; qualcosa di sempre più frequente, a causa del cambiamento climatico. Questo è il momento in cui il torrente di acque sporche deve circolare attraverso impianti di depurazione saturi, scaricando migliaia di litri di liquami non trattati o parzialmente trattati in fiumi, laghi e oceani.
Secondo Riverkeeper, una ONG che protegge lo spartiacque del fiume Hudson, ogni anno nel porto di New York vengono scaricati oltre 102 milioni di metri cubi di acqua grezza e acque piovane inquinate da 460 OSC. Aggiungete a questo gli 860 comuni negli Stati Uniti, compresi i centri urbani come Chicago e St. Louis, dove le OSC sono un problema prioritario di inquinamento dell’acqua. Il problema è significativo anche nell’Unione Europea e in Gran Bretagna, dove ci sono decine di migliaia di OSC.
Le CSO sono un problema legato alle acque reflue che può costare molti miliardi di dollari per comune da riparare, un onere finanziario che la maggior parte delle metropoli a corto di liquidità non può permettersi. Una soluzione costosa: costruire gallerie profonde, che aumentano la capacità di accumulo delle fognature e, in teoria, consentono all’acqua di essere adeguatamente trattata e smaltita durante i temporali. Uno di questi sistemi implementati con successo a Milwaukee ha una capacità di stoccaggio di 2 milioni di metri cubi. Il costo però è stato alto: oltre 5 miliardi di dollari.
Non si può fare affidamento su tali investimenti su larga scala per eliminare del tutto gli straripamenti delle fognature e potrebbero essere a loro volta sopraffatti da eventi meteorologici estremi sempre più frequenti. In Indiana, il sistema di tunnel DigIndy da 2 miliardi di dollari, in costruzione, ha l’obiettivo di ridurre gli scarichi di CSO del 97%. Il progetto, tuttavia, è stato progettato utilizzando i dati sulle precipitazioni degli anni ’90. Tuttavia, si teme che l’aumento delle precipitazioni nello stato nei prossimi decenni supererà la capacità del nuovo tunnel. Le proiezioni climatiche di tutto il mondo avvertono che ci saranno molti altri eventi di precipitazioni estreme in cui pioverà di molti millimetri in poche ore.
Sono chiaramente necessarie altre soluzioni. Le opzioni più costose includono un migliore controllo del flusso delle acque reflue, la separazione dei sistemi di tubazioni delle acque piovane e delle acque reflue e l’espansione degli impianti di trattamento. Sono inoltre in fase di sviluppo tecnologie per il trattamento rapido dell’acqua.
Gli esperti concordano sul fatto che non esiste un’unica soluzione per le OSC, ma piuttosto una miriade di misure che possono essere attuate. ” È una combinazione di infrastrutture verdi e grigie “, afferma Barry Liner, direttore tecnico della Water Environment Federation.
Come ripensare gli spazi urbani: pensa in piccolo
Entro il 2050, la popolazione umana dovrebbe raggiungere i 9,7 miliardi e anche il numero di persone che vivono nelle città aumenterà, esercitando maggiore pressione sui sistemi igienico-sanitari. Questo, insieme agli effetti del cambiamento climatico, rende il trattamento delle acque reflue un problema crescente che minaccia di sopraffare i sistemi esistenti.
Ecco perché il design della città ha urgente bisogno di essere ripensato, afferma Aaron Tartakovsky, co-fondatore e CEO di Epic Cleantec. Per lui, la gestione sostenibile dell’acqua e delle acque reflue costituisce una “sfida globale decisiva del 21° secolo”.
Nell’ambito di questa nuova visione urbana, l’azienda di Tartakovsky ha creato un sistema che cattura e tratta l’acqua, ma non in un impianto centralizzato di trattamento dei rifiuti, ma negli edifici da cui provengono i rifiuti. Una volta lì trattata, non è necessario smaltire quell’acqua: è già pulita per essere riciclata in modo da coprire il fabbisogno che non richiede acqua potabile. Inoltre, attraverso il processo si ottengono preziosi fertilizzanti naturali ed energia termica che possono essere utilizzati localmente.
” Proprio come il fotovoltaico sui tetti e la produzione di energia distribuita hanno contribuito a decentralizzare la rete elettrica, riteniamo che il riutilizzo dell’acqua in loco possa rendere le infrastrutture idriche più resilienti “, afferma Tartakovsky. “ I nostri colleghi del settore energetico sono solo 10-15 anni avanti a noi .”
I sistemi decentralizzati sono necessari per risolvere il problema globale dell’inquinamento delle acque reflue, concorda Riccardo Zennaro, esperto di acque reflue presso il Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente (UNEP).
“ Il problema con i sistemi convenzionali, ovvero il trattamento delle acque reflue, è che di solito sono molto costosi ”, oltre ad essere troppo centralizzati e incapaci di far fronte ai mutevoli modelli di crescita urbana. ” In alcune aree, questi [sistemi centralizzati] non sono efficaci e non possono essere costruiti a causa delle circostanze e della mancanza di fondi “, spiega. ” Ecco perché pensare in piccolo è il modo più efficace .”
L’utilizzo di soluzioni basate sulla natura (NbS) per ripensare le aree urbane è visto come un’opzione molto più accessibile e conveniente, soprattutto per affrontare il problema urgente delle OSC. L’Unione internazionale per la conservazione della natura (IUCN) definisce queste tecniche come ” misure per proteggere, gestire in modo sostenibile e ripristinare gli ecosistemi naturali o modificati che affrontano in modo efficace e adattivo le sfide della società fornendo allo stesso tempo benefici in termini di benessere”. “Uomo e biodiversità “.
Una NBS, un’infrastruttura verde, rivoluzionerebbe la pianificazione e la progettazione urbana attraverso la costruzione di zone umide, spazi verdi di quartiere, giardini infiltranti, giardini pensili, biofiltrazione, incorporando barili di pioggia e cisterne, nonché pavimentazione permeabile per assorbire, immagazzinare e riutilizzare il deflusso delle acque piovane .
Queste soluzioni basate sulla natura possono ridurre notevolmente l’inquinamento delle acque reflue rimuovendo efficacemente inquinanti come azoto e fosforo, agenti patogeni e pesticidi e possono integrare l’infrastruttura di trattamento esistente. Secondo Katharine Cross, Senior Advisor for Water Cities, altri vantaggi includono la mitigazione delle inondazioni, la creazione di habitat e spazi ricreativi all’aperto, la regolazione della temperatura e, in alcuni casi, l’assorbimento di anidride carbonica.
Un esempio è il Chulalongkorn Centennial Park a Bangkok. Questa area verde acquatica, costruita nel 2017, può raccogliere, trattare e trattenere fino a 3.780 m3 d’acqua, alleviando gli impianti fognari pubblici sovraccarichi durante le forti piogge, secondo la Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici. Composto da zone umide per filtrare e purificare l’acqua, uno stagno di ritenzione e serbatoi di stoccaggio sotterranei, il parco supporta il trattamento, riduce il rischio di inondazioni e fornisce spazio verde per gli abitanti delle città.
Cross faceva parte di un team che l’anno scorso ha pubblicato uno studio che esaminava i siti NbS in tutto il mondo. ” Volevamo sviluppare qualcosa che fosse abbastanza pratico, che consentisse a diversi utenti, in particolare servizi di acque reflue e comuni, che spesso gestiscono impianti o piani per le acque reflue, di capire quali sono le opzioni per l’utilizzo delle acque reflue. Soluzioni basate sulla natura “, ha affermato spiegato.
Per aiutare i pianificatori, l’Istituto catalano per la ricerca sull’acqua e il progetto MULTISOURCE, finanziato dall’UE, stanno sviluppando una risorsa online che consentirà ai professionisti di identificare le soluzioni basate sulla natura che funzionerebbero meglio nelle loro località, consentendo di espandere l’applicazione di NbS locali implementando loro in molti paesi.
Tuttavia, nemmeno le NbS sono esenti da limitazioni per la gestione delle acque reflue. A seconda della posizione e della soluzione utilizzata, NbS può avere solo un successo limitato nella rimozione di contaminanti come i metalli pesanti. Un altro fatto che viene spesso dimenticato: queste strutture, sebbene le tecnologie basate sulla natura, richiedano ancora finanziamenti regolari per la manutenzione e la manutenzione, aggiunge Cross. Ogni progetto deve includere un’attenta pianificazione, compresa la considerazione dei limiti NbS, quali rifiuti possono e non possono essere trattati e come soluzioni diverse si adattano ai requisiti normativi specifici del paese, spiega.
Un rapporto dell’UNEP sull’applicazione dell’NbS nella regione dei Caraibi – dove si stima che l’85% delle acque reflue defluisca nell’oceano non trattato – mette in evidenza il vasto potenziale di protezione dell’ambiente e della comunità offerto dall’NbS. Tuttavia, quello stesso documento evidenzia anche l’entità della sfida: ” Affinché i progetti NBS abbiano successo, sarà necessario promuovere l’educazione e la consapevolezza, migliorare la pianificazione e la progettazione, investire più risorse nell’analisi scientifica e nel controllo, migliorare le funzioni legali e normative , e sviluppare finanziamenti specifici per lo stato delle acque ”.
È necessario trasformare la visione: da rifiuto a risorsa
Gli esperti affermano che esiste un solo modo per affrontare il problema dell’inquinamento in modo sostenibile: catturare, trasformare e riutilizzare tutti i rifiuti e trasformarli in una risorsa preziosa. Questa visione essenziale del XXI secolo è sintetizzata nel termine “economia circolare”.
Azoto e fosforo, ad esempio, sono risorse chiave che si trovano nei rifiuti umani. La quantità di escrementi umani prodotta annualmente, che tende ormai a contaminare gli ecosistemi acquatici, ” offre la possibilità di sostituire il 25% dell’azoto utilizzato per concimare i terreni agricoli sotto forma di fertilizzanti sintetici e il 15% del fosforo, insieme alla quantità sufficiente di acqua per irrigare il 15% di tutte le terre coltivate irrigate nel mondo ”, afferma un rapporto dell’UNEP.
Esistono già soluzioni che rimuovono l’azoto e il fosforo dalle acque reflue, ma possono essere ad alta intensità di risorse ed energia e, in alcuni casi, potrebbero non essere adatte per impianti di trattamento più piccoli. I miglioramenti agli impianti di trattamento potrebbero portare a riduzioni significative, ma è necessario di più.
Una startup in Iowa, USA, ha sviluppato un sistema di biofilm di alghe rotanti non solo per rimuovere azoto e fosforo, ma anche per consentire il riutilizzo delle acque reflue. I nastri trasportatori laterali, incorporati negli impianti di trattamento delle acque reflue esistenti, sono immersi nelle acque reflue. Le alghe che abitano questi nastri si nutrono dei nutrienti presenti nell’acqua. Una volta esposte alla CO2 e alla luce solare, le alghe crescono. ” Poi possiamo raccogliere le alghe, lavorarle e venderle come fertilizzanti “, spiega Max Gangestad, responsabile delle operazioni presso Gross-Wen Technologies (GWT), un’azienda che promuove questa innovazione.
” Quindi ora possiamo conservare quell’azoto [e] fosforo nel nostro ecosistema “, continua Gangestad. Sebbene il sistema non rimuova tutto l’azoto e il fosforo, aggiunge, può ridurlo a livelli bassi. GWT spera di utilizzare questa tecnologia per convertire le alghe coltivate con il sistema in altri prodotti, come bioplastiche o biocarburanti.
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L’acqua adeguatamente trattata può essere riutilizzata per vari scopi, compresa l’acqua potabile, che è già una realtà per milioni di persone in tutto il mondo. A Singapore, circa il 40% del fabbisogno di acqua potabile e non potabile della sua popolazione di 5,7 milioni è soddisfatto da acqua proveniente da fonti riciclate. Chiamata “NEWater”, tale percentuale dovrebbe salire al 55% entro il 2060. Impianti di trattamento simili operano negli Stati Uniti, fornendo acqua potabile recuperata a migliaia di case. Ad esempio, l’Orange County Water District della California sta implementando un sistema di rifornimento delle acque sotterranee per fornire a un milione di persone acqua potabile a basso costo entro il 2023.
È prevista anche l’implementazione di risorse di recupero a livello abitativo per coloro che non hanno accesso ai servizi igienico-sanitari o hanno accesso limitato. La Bill & Melinda Gates Foundation ha speso milioni di dollari per la sua sfida “reinventare la toilette” per ripensare un sistema in grado di rimuovere contemporaneamente i rischi per l’uomo e l’ambiente dai rifiuti e trasformare i rifiuti umani in rifiuti: elettricità, acqua potabile e fertilizzanti.
Progetto Park Habitat in corso a San Jose, California. “Il nostro obiettivo sarà la produzione di acqua riciclata per irrigare 20 piani di giardini verticali, nonché il riciclo della materia organica dalle acque reflue in prodotti del suolo di alta qualità; questo devierà decine di migliaia di libbre di sostanze organiche che emettono metano dalle discariche”, afferma Aaron Tartakovsky, co-fondatore e CEO di Epic Cleantec. Foto per gentile concessione di Kengo Kuma and Associates/Westbank.
Le persone sono spesso più aperte del previsto, dice Tartakovsky. ” Abbiamo visto che il pubblico è molto più disposto a riutilizzare l’acqua di quanto l’industria abbia creduto storicamente “. Per lui è essenziale che la scienza sia presentata bene.
Nonostante l’entità della sfida, sia Wear che altri sono ottimisti: credono che gli eventi si stiano muovendo nella giusta direzione. La conoscenza è in aumento e ci sono innovazioni nello sviluppo. Dice che la chiave per il progresso è migliorare le conversazioni e la collaborazione tra i settori pubblico e privato e le altre parti interessate, che devono riconoscere sia l’impatto sulla salute umana che sull’ambiente e muoversi in modo cooperativo verso soluzioni convenienti che possano funzionare su larga scala.
“ Non sarà mai risolto se non iniziamo a parlare dei problemi che un po’ non ci piacciono. Forse è un po’ imbarazzante ”, conclude Wear. ” Se però non ne parliamo, non saremo in grado di risolvere questo problema “.
Articolo originale: https://news.mongabay.com/2022/01/innovative-sewage-solutions-tackling-the-global-human-waste-problem/
