Affinamento di acque reflue depurate biologicamente a mezzo fitodepurazione con ulteriore passaggio in zeolite e carbone attivo

The growing attention to water resource protection and the introduction of increasingly stringent requirements for wastewater treatment make it necessary to develop effective, sustainable polishing technologies with limited operational impact. This thesis evaluated the performance of a pilot-scale vertical-flow constructed wetland system integrated with zeolite and activated carbon, continuously fed with biologically treated effluent at the Vimercate wastewater treatment plant operated by BrianzAcque. The system was designed to assess the ability of a natural and adsorptive treatment to further improve effluent quality and contribute to the removal of emerging micropollutants, also in relation to the new provisions introduced by Directive (EU) 2024/3019. The experimental configuration involved the use of the macrophytes Phragmites australis and Typha latifolia, followed by a subsequent treatment step through clinoptilolite and granular activated carbon. Monitoring focused on both conventional parameters, including COD, ammonium nitrogen (NH₄⁺), nitrates and orthophosphates (PO₄³⁻), and organic micropollutants determined by LC-MS/MS. The comparison between the inlet to the constructed wetland (IF) and the outlet of the advanced treatment section (SFA) showed an overall improvement in water quality. Among the conventional pollutants, the most evident effects were observed for COD, ammonium (NH₄⁺) and orthophosphates (PO₄³⁻), with a marked attenuation of fluctuations and short-term pollutant peaks in the influent, together with greater effluent stability. The analysis of micropollutants also produced promising results. The twelve indicator substances listed in Directive (EU) 2024/3019 showed, in most cases, very high removal efficiencies, whereas diclofenac displayed greater variability. Among the additional compounds selected by BrianzAcque, almost exclusively associated with pharmaceutical synthesis processes or hospital wastewater, substances such as MMTD_Me and ofloxacin showed more variable behaviour, while the antibiotics analysed generally exhibited high removal rates. Overall, the results indicate that the integration of constructed wetlands, zeolite and activated carbon represents a promising solution for wastewater polishing, capable of simultaneously targeting both conventional pollutants and emerging contaminants. However, the integrated configuration of the pilot system and the limited number of monitoring campaigns do not allow the observed effects to be quantitatively attributed to the individual treatment components, nor do they allow a formal assessment of regulatory compliance.

La crescente attenzione verso la tutela della risorsa idrica e l’introduzione di requisiti sempre più stringenti per il trattamento delle acque reflue rendono necessario lo sviluppo di tecnologie di affinamento efficaci, sostenibili e a ridotto impatto gestionale. Il presente lavoro di tesi ha valutato le prestazioni di un sistema pilota di fitodepurazione a flusso verticale integrato con zeolite e carbone attivo, alimentato in continuo con effluente biologicamente depurato, presso l’impianto di depurazione di Vimercate gestito da BrianzAcque. Il sistema è stato progettato con l’obiettivo di verificare la capacità di un trattamento di tipo naturale ed adsorbente di migliorare ulteriormente la qualità dell’effluente e contribuire alla rimozione dei microinquinanti emergenti, in relazione anche alle nuove indicazioni introdotte dalla Direttiva (UE) 2024/3019. La configurazione sperimentale prevedeva l’impiego delle macrofite Phragmites australis e Typha latifolia, associate a un successivo passaggio attraverso clinoptilolite e carbone attivo granulare. Il monitoraggio ha riguardato sia parametri convenzionali, tra cui COD, azoto ammoniacale NH₄⁺, nitrati e ortofosfati PO₄³⁻, sia microinquinanti organici determinati mediante LC-MS/MS. Il confronto tra il punto di ingresso alla fitodepurazione (IF) e l’uscita della sezione avanzata (SFA) ha evidenziato un generale miglioramento della qualità dell’acqua. Per i macroinquinanti, gli effetti più evidenti sono stati osservati per COD, ammonio NH₄⁺ e ortofosfati PO₄³⁻, con una significativa attenuazione delle oscillazioni e dei carichi puntiformi presenti nell’influente e una maggiore stabilità dell’effluente. Anche l’analisi dei microinquinanti ha mostrato risultati promettenti. Le dodici sostanze spia previste dalla Direttiva (UE) 2024/3019 hanno presentato, nella maggior parte dei casi, abbattimenti molto elevati, mentre il Diclofenac ha mostrato una maggiore variabilità. Tra i composti aggiuntivi selezionati da BrianzAcque, quasi esclusivamente provenienti da processi di sintesi farmacologica o reflui ospedalieri, come MMTD_Me e ofloxacina hanno evidenziato comportamenti più variabili, mentre gli antibiotici analizzati hanno mostrato generalmente elevate riduzioni. Nel complesso i risultati indicano che l’integrazione tra fitodepurazione, zeolite e carbone attivo rappresenta una soluzione promettente per l’affinamento delle acque reflue, capace di agire contemporaneamente sui macroinquinanti e sui contaminanti emergenti. La configurazione integrata del pilota e il numero limitato di campagne non consentono tuttavia di attribuire quantitativamente l’effetto osservato alle singole componenti né di effettuare una verifica formale di conformità normativa.