Produzione di biomasse energetiche irrigate con acque reflue depurate tramite sistemi di fitodepurazione

Abstract

L attività di ricerca oggetto della presente tesi di dottorato, è stata finalizzata alla valutazione della sostenibilità in ambiente mediterraneo della produzione di biomasse energetiche ottimizzando l impiego di risorse idriche sia in termini quantitativi (irrigazione deficitaria) sia in termini qualitativi (utilizzo di acque reflue depurate mediante sistemi di trattamento ecosostenibili, quali la fitodepurazione). L indagine è stata condotta in pieno campo su parcelle di Vetiveria zizanoides (L.) Nash, Miscanthus x Giganteus Greef et Deuter, Arundo donax (L.), Lytrum salicaria (L.), Typha latifolia (L.), Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel e Sorghum bicolour (L.) Moench irrigate con le acque reflue depurate da un adiacente impianto di fitodepurazione che effettua il trattamento terziario di parte dei reflui prodotti da un piccolo centro urbano. L attività di ricerca ha previsto la restituzione irrigua del 33%, 66% e 100% dell evapotraspirazione colturale (ETc) calcolata mediante la formula di Priestley-Taylor implementata con i dati raccolti da una vicina stazione meteorologica. Nel corso di tre stagioni colturali, sono state condotte analisi chimico-fisiche su campioni di acque irrigue e rilievi bio-agronomici per la valutazione dei principali caratteri morfo-biometrici delle piante erbacee. Infine, sono stati raccolti una serie di campioni della biomassa epigea per la valutazione della produttività delle singole specie erbacee e per la relativa caratterizzazione energetica. L attività sperimentale è stata integrata da un indagine condotta su impianti di fitodepurazione, a scala reale e pilota, per la valutazione della produttività e della domanda evapotraspirativa della Phragmites australis in essi vegetata. Dalle indagini è emerso che i quantitativi di biomassa aerea prodotti dall Arundo donax, la Vetiveria zizanoides, il Myschantus x giganteus ed il Sorghum bicolor sono risultati decisamente superiori a quelli delle altre specie coltivate in pieno campo. In particolare, la vetiver è risultata la specie più produttiva con rese massime in biomassa secca pari a circa 77 t ha-1, significativamente superiori di circa il 126%, 120% e 35% alle massime produttività rilevate, rispettivamente, per miscanto, sorgo e canna comune. Per tutte le specie allo studio la completa restituzione dell evapotraspirato ha determinato una maggiore produttività. I risultati produttivi hanno evidenziato che il periodo più idoneo per effettuare la raccolta della biomassa epigea è l inizio della stagione invernale. Oltre tale data le perdite di sostanza secca, provocate dai fenomeni di senescenza dei tessuti vegetali, sono risultate rilevanti. Dalla caratterizzazione energetica è emersa la maggiore efficienza dell Arundo donax, seguita dalla vetiver e dal miscanto. Nell impianto di fitodepurazione la cannuccia di palude ha raggiunto una resa in biomassa secca fino a circa 69 t ha-1, producendo un output energetico massimo di circa 956 GJ ha-1 superiore di ben due volte a quello dell Arundo donax coltivato in pieno campo. Insieme all elevato sviluppo vegetativo della Phragmites australis è stata rilevata una sua consistente domanda evapotraspirativa, con tassi di evapotraspirazione fino 50,4 mm giorno-1 associati a valori decadali del coefficiente colturale compresi tra 0,9 e 7,4.