Le Nature-based solutions (NBS) vengono definite dall’ Unione Internazionale per la Conservazione della Natura (IUCN) come quelle azioni volte a proteggere, gestire e risanare in maniera sostenibile gli ecosistemi naturali o modificati, al fine di affrontare le sfide socio-ambientali dando priorità alla salute umana e alla biodiversità (WCC-2016-Res-069-EN, Defining Nature-based Solutions). In particolare, per quanto riguarda l’impiego delle NBS nel trattamento delle acque reflue, vengono sfruttati i processi fisico-chimici e biologici indotti da piante, batteri e altri elementi naturali allo scopo di rimuovere i contaminanti presenti nelle acque reflue, diminuendo l’impiego di agenti chimici e riducendo i costi energetici. I sistemi di trattamento basati sulle NBS permettono di depurare le acque reflue in maniera ecosostenibile, economica e con tempi di vita dell’impianto più lunghi rispetto ai trattamenti convenzionali. 

Il potenziale delle NBS ha riacquisito valore negli ultimi decenni, anche se tale concetto non è affatto nuovo. Per molto tempo le civiltà hanno smaltito le acque reflue direttamente nei corpi idrici superficiali, promuovendo la formazione e lo sviluppo di zone umide naturali (wetlands) alimentate dai solidi organici e dai nutrienti rilasciati dalle acque di scarico. Le wetlands agivano come fasce tampone, riducendo gradualmente il carico di contaminanti organici immesso nei corpi idrici. Con la crescita esponenziale della popolazione umana, soprattutto nei centri urbani, il paesaggio naturale è cambiato e le ingenti moli di contaminanti organici hanno reso necessario lo sviluppo di tecnologie più raffinate per poter trattare le acque reflue prima che queste vengano rilasciate nei corpi idrici superficiali. Pertanto, sono nati e si sono via via diffusi gli impianti “convenzionali” per il trattamento delle acque reflue, che impiegano specifiche tecnologie per rimuovere solidi, sostanza organica e nutrienti, allo scopo di ridurre al massimo i fenomeni di contaminazione ed eutrofizzazione nei corpi idrici a valle dell’impianto. 

I sistemi basati sulle NBS possono essere integrati a quelli di tipo convenzionale, anche se la loro efficacia dipende da un ampio numero di fattori, fra i quali la tipologia di NBS impiegata, la quantità e la qualità del corpo refluo da trattare, nonché le condizioni climatiche sito-specifiche (come, ad esempio, temperatura media annuale e intensità di precipitazione). Per molti anni le NBS sono state sistematicamente impiegate come tecnologie affidabili ed economiche per la depurazione delle acque reflue: si pensi alle zone umide, agli stagni biologici (lagunaggio) e serbatoi di accumulo e ai processi di filtrazione dell’acqua e/o dell’acqua reflua attraverso il suolo. Sempre più numerosi sono poi gli approcci innovativi che impiegano le NBS come soluzioni a specifiche problematiche, come ad esempio le coperture e le pareti verdi sugli edifici (living walls), oppure i sistemi di fitodepurazione fluttuanti nei laghi urbani.

Sono numerose le evidenze scientifiche che hanno dimostrato l’efficacia ed efficienza delle tecnologie NBS, si vedano ad esempio i lavori in letteratura scientifica in merito a ‘Treatment Wetlands’, ‘Waste Stabilisation Ponds’, ‘Wetland Technology’. Quando si valutano i benefici dei sistemi basati sulle NBS, risulta fondamentale considerare, oltre alla loro capacità di purificare l’acqua ed eventualmente renderla riutilizzabile, altri aspetti paralleli che generano vantaggi economici, sociali ed ambientali. Ad esempio, la capacità dei sistemi NBS di incrementare la biodiversità locale, creare zone naturali ricreative verdi paesaggisticamente piacevoli, oltre ad altri effetti di fondamentale importanza, quali migliorare il microclima urbano, mitigare alluvioni e inondazioni, rendere possibile il riutilizzo dell’acqua purificata, favorire i fenomeni di biodegradazione e/o stoccaggio dei contaminanti e produrre biomassa ad alto valore socio-economico. Inoltre, come dimostrato da numerosi lavori di ricerca, l’efficienza di decontaminazione ambientale attraverso le NBS può essere aumentata utilizzando materiali ecosostenibili nature-based, quali biochar e hydrochar, che grazie alle loro proprietà fisico-chimiche possono migliorare l’attività microbiologica locale, diminuire la biodisponibilità dei contaminanti ed i loro effetti fitotossici, e in generale migliorare la fitodepurazione. 

Tecnologie NBS e casi studio

Avere facile accesso alle schede tecniche ed ai casi studio che si occupano di tecnologie NBS come parte integrante dei trattamenti delle acque reflue può essere utile per i gestori e gli operatori degli impianti di trattamento, per gli enti locali e per le autorità di regolamentazione, al fine di poter scegliere al meglio le NBS da implementare. Di seguito vengono riportate alcune applicazioni di tecnologie NBS consolidate, ed altre di più recente sviluppo. Informazioni più dettagliate sono consultabili nel libro “Nature-Based Solutions for Wastewater Treatment” (vedi Informazioni supplementari). Un punto in comune fra i vari casi studio sono i numerosi co-benefici risultanti dall’integrazione delle NBS ai sistemi di trattamento delle acque reflue tradizionali. Come spiegato precedentemente, le NBS producono diversi effetti che vanno oltre la sola purificazione delle acque. 

L'infiltrazione lenta nel suolo è un metodo utilizzato per trattare le acque reflue in uscita dalle fasi di sedimentazione primaria o secondaria, e consiste nell’applicazione controllata del refluo attraverso una superficie vegetata, risultante sia in una depurazione delle acque, sia nella contemporanea irrigazione di campi agricoli, pascoli o terreni forestali. Le acque reflue così trattate possono però infiltrarsi nel terreno, ed eventualmente percolare fino agli acquiferi nativi sottostanti, o nei pozzi per il recupero dell'acqua e il riutilizzo dell'effluente. Nella città di Lubbock, Texas (Stati Uniti), la tecnica di infiltrazione lenta nel suolo è stata applicata già negli anni '30. Con la crescita del centro urbano, il sistema di infiltrazione è stato ampliato, al fine di evitare fenomeni di contaminazione delle acque sotterranee, ed è stato impiegato anche per trattare e recuperare le acque reflue. Lo scarico  delle acque reflue municipali sui terreni agricoli di Lubbock si è dimostrata essere una tecnica economicamente conveniente, che ha permesso di salvaguardare e conservare acqua, riducendo la domanda di risorse idriche derivanti dalle riserve superficiali e sotterranee. Fra i benefici derivanti da tale tecnica troviamo l’aumento della resilienza ambientale locale di fronte alla crescente scarsità d'acqua, un problema legato sia ai cambiamenti climatici che all'aumento dei consumi e della domanda di tale risorsa.

Ulteriori esternalità positive derivanti dall’impiego delle NBS si possono riscontrare nella zona umida di fitodepurazione a flusso verticale (vertical-flow treatment wetlands) a Shenzhen, Cina, progettata come fase di affinamento per soddisfare gli standard ambientali. Le acque reflue trattate vengono alimentate in maniera discontinua su una superficie con mezzo filtrante sul fondo, e fatte percolare verticalmente attraverso di esso. L'aria entra nei pori del filtro ad ogni carico, così da massimizzare i processi di degradazione aerobica della sostanza organica. L'effluente viene scaricato nel fiume Pingshan. Oltre a depurare l’acqua, la zona umida di fitodepurazione fornisce un'area verde ricreativa ai residenti di Shenzhen, e un habitat per piante e animali che popolano il fiume Pingshan. Come già menzionato in precedenza, questo tipo di NBS aumenta la biodiversità locale, e si prevede che possa contribuire a regolare le inondazioni e controllare i flussi delle acque meteoriche. La vegetazione costituente l’impianto contribuisce inoltre al sequestro di anidride carbonica (CO2).

Vi sono poi tecnologie NBS ideate più recentemente, come le pareti e i tetti verdi nelle aree urbane densamente popolate, che permettono di trattare le acque grigie e riutilizzarle, ad esempio, per l'irrigazione e lo scarico dei servizi igienici. I benefici ad esse associati sono molteplici, fra cui la mitigazione del deflusso delle acque, l'attenuazione del calore e del surriscaldamento delle città, l'isolamento degli edifici e il miglioramento dell'estetica degli ambienti urbani (Greening). A Tilburg, nei Paesi Bassi, è stato allestito un sistema che combina un tetto verde ad una zona umida di fitodepurazione, allo scopo di riutilizzare le acque reflue per gli scarichi dei servizi igienici. La costruzione ha incrementato il verde urbano locale, ha promosso il concetto di riutilizzo dell'acqua, ed ha trasformato il tetto in un ecosistema a sostegno della biodiversità. Il sistema è risultato anche in grado di bilanciare la temperatura dell’edificio, riducendo i costi legati al raffreddamento dell'aria e contribuendo a ridurre l'effetto “isola di calore” nell'ambiente urbano circostante. L’area verde ha anche contribuito a rallentare il deflusso delle piogge, riducendo il rischio di inondazioni urbane e il carico sul sistema di drenaggio.

Un impianto NBS che impiega una parete verde per trattare acque grigie provenienti dalle docce è stato realizzato all’interno di un resort di Marina di Ragusa, in Italia. Il sistema è stato messo a punto per raccogliere le acque grigie e farle passare attraverso una parete verde, costituita da moduli contenenti piante adatte al filtraggio ed al trattamento biologico dell'acqua. L'acqua così purificata è stata poi riutilizzata per l'irrigazione agricola e per gli scarichi sanitari. Il successo di questa tecnologia ha permesso il riutilizzo delle acque grigie per tutta la stagione turistica estiva del 2018, confermando che un sistema NBS di questo tipo garantisce un'adeguata efficienza di trattamento delle acque grigie ai fini del riutilizzo e della salvaguardia della risorsa idrica. Inoltre, il sistema descritto ha occupato nel suo complesso solamente una piccola superficie, risultando in un'opzione vantaggiosa sia in termini economici (riutilizzo dell'acqua) sia in termini ecologici (hotspot di biodiversità in ambiente urbanizzato). I processi fisiologici di evapotraspirazione delle piante hanno anche favorito la mitigazione dell'effetto "isola di calore", tipico dell'ambiente urbano in stagione estiva. La parete verde installata a Marina di Ragusa ha migliorato l'estetica di questa località balneare, promuovendo un'immagine positiva di sostenibilità ecologica.

Vale la pena di menzionare ulteriori benefici connessi alla presenza di una parete verde all’interno degli edifici, e più in generale all’utilizzo di piante negli spazi al chiuso. Infatti, diversi lavori hanno dimostrato come le piante possano migliorare la qualità dell’aria, specialmente all’interno degli edifici, dove in genere vi è poco ricircolo e dove le emissioni di composti volatili sono abbondanti. Si pensi che il Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente (UNEP) stima che negli spazi chiusi vi sia una concentrazione media di microplastiche dell’ordine delle decine di microplastiche ogni m3 di aria. L’effetto positivo sulla qualità dell’aria è legato sia alla produzione giornaliera di ossigeno da parte delle piante, sia dal loro effetto barriera nei confronti di particolato e composti chimici fluttuanti in aria. Ancora, alcuni ricercatori finlandesi hanno recentemente dimostrato come la presenza di coperture verdi e di suolo favorisca l’equilibrio del microbioma umano, quest’ultimo direttamente connesso alla salute e al benessere della persona. 

Un'altra NBS di recente applicazione e rilevante per i contesti periurbani o rurali consiste nella messa a dimora di zone umide dominate da salici. Questi sistemi vengono utilizzati per il trattamento e il riutilizzo delle acque reflue in-situ e la simultanea produzione di biomassa legnosa. Tali impianti sono progettati per trattare tutta l'acqua in entrata per evapotraspirazione e il deflusso dal sistema è minimo o nullo (Zero discharge). Anche l’impatto sull'ambiente circostante è minimo e l'economia del sistema è completamente circolare, in quanto i salici assorbono i nutrienti dissolti in acqua e il carbonio viene legato alle strutture vegetali. La biomassa di salici prodotta può essere cospicua e può essere utilizzata per produrre energia e/o per ammendare il suolo. Ancora una volta, oltre ai benefici appena descritti, si aggiungono altri output positivi connessi a tale NBS, come la creazione di nuovi habitat per flora e fauna, l'ottimizzazione del paesaggio e la mitigazione delle inondazioni. Un' applicazione reale di zona umida a scarico zero dominata da salici si trova sull'isola di Zaeland, in Danimarca, dove dal 2017 vengono trattate le acque reflue di una comunità di 190-250 abitanti equivalenti. Fra gli sforzi principali per la manutenzione di un impianto di saliceti vi è la raccolta finale dei salici, che viene effettuata a rotazione ogni tre o quattro anni. La nuova biomassa tornerà poi a ricrescere dal rimanente apparato radicale. 

Selezione di una tecnologia NBS per il trattamento delle acque reflue

La scelta della migliore NBS non è immediata. I gestori di servizi per le acque reflue fanno spesso fatica a progettare e combinare al meglio le infrastrutture tradizionali, come un impianto di trattamento delle acque reflue, con soluzioni naturali, come le zone umide. Per facilitare questa scelta, è in fase di sviluppo uno strumento online che raccoglie materiale sulle diverse tecnologie NBS e su casi studio provenienti da tutto il mondo per aiutare le comunità ad informarsi e ad identificare quali tecnologie potrebbero essere più adatte al trattamento sito-specifico delle acque. Vengono inoltre fornite varie informazioni sui co-benefici della particolare NBS, sugli input necessari in termini di manodopera e competenze richieste e sul livello di rischio biologico. I dati di questo strumento online derivano da una rigorosa e dettagliata analisi della letteratura scientifica e dai risultati di casi studio reali. Per maggiori dettagli, è possibile consultare il sito: https://multisource.eu/ .

Strumenti come quello appena descritto possono aumentare la consapevolezza e la comprensione sul tema delle NBS, aiutando gli attori interessati a valutare in maniera obiettiva la fattibilità e i requisiti per applicare una specifica tecnologia. Tuttavia, i gestori di impianti di trattamento di acque reflue dovrebbero avvalersi di ulteriori indicazioni tecniche e competenze per selezionare la migliore NBS, o le migliori combinazioni di NBS, da progettare ad hoc per il proprio contesto specifico e le proprie esigenze, valutando in dettaglio vantaggi, svantaggi, ed esternalità prodotte.

L’International Water Association e le Nature-Based Solutions

La recente pubblicazione "Nature-Based Solutions for Wastewater Treatment", edita da IWA Publishing, fornisce un punto di partenza per identificare e confrontare le varie opzioni di NBS disponibili oggi per essere incorporate nei sistemi di trattamento delle acque reflue municipali e industriali, con particolare attenzione ai potenziali co-benefici ecologici e sociali derivanti dal loro impiego. Le schede informative e i casi studio riportati nel documento si basano su robuste evidenze scientifiche sottoposte a revisione fra pari (peer review). In particolare, i casi di studio illustrano come questi approcci al trattamento delle acque reflue basati sulle NBS siano stati applicati in situazioni reali, fornendo informazioni utili per scegliere al meglio la soluzione maggiormente applicabile. L'obiettivo è far sì che un'ampia varietà di soggetti interessati acquisisca una prima comprensione dei parametri di progettazione, dell'efficienza di rimozione dei contaminanti, dei costi, dei co-benefici per le persone e per il territorio, nonché dei fattori da considerare nel proprio contesto locale. Questa pubblicazione è stata sostenuta dalla Science for Nature and People Partnership, una collaborazione tra The Nature Conservancy, la Wildlife Conservation Society e il National Center for Ecological Analysis and Synthesis dell'Università della California, Santa Barbara. La partnership crea "condizioni favorevoli" che consentono a un gruppo di esperti di diverse discipline di riunirsi intorno a una specifica sfida globale, discutendo ed agendo sui temi interconnessi di conservazione degli ecosistemi ed il benessere umano.

Integrazione delle NBS nelle politiche e nelle azioni

Le NBS sono sempre più considerate nelle politiche per la gestione dell'acqua e delle acque reflue e come mezzo per salvaguardare l’ambiente e il clima. Ad esempio, le NBS hanno fatto parte del programma Horizon 2020 promosso dalla Commissione europea, uno strumento finanziario che si è posto l'obiettivo di garantire che l'Europa produca scienza di alto livello in tutto il mondo, rimuovendo le barriere all'innovazione e facilitando la collaborazione tra settore pubblico e privato per la realizzazione di prodotti innovativi. Horizon 2020 ha inoltre promosso il rispetto della biodiversità e dei servizi ecosistemici, allineando questi concetti agli obiettivi di innovazione per la crescita e la creazione di posti di lavoro. Anche la Banca Mondiale ha integrato le NBS in più di 100 progetti in 60 Paesi, sviluppando e adottando tecnologie NBS nella gestione dei disastri ambientali e delle risorse idriche.

Guardando al futuro, secondo un recente report delle Nazioni Unite (Smart, Sustainable and Resilient cities: the Power of Nature-based Solutions), tre quarti delle infrastrutture previste nel 2050 ancora non esistono, il che offre l'opportunità di esplorare il modo migliore per includere la natura nella loro progettazione, al fine di creare un mondo ecosostenibile. I piani di recupero e resilienza post-COVID-19 sono un’opportunità per generare crescita economica salvaguardando e ripristinando l'ambiente naturale. Resta fondamentale collaborare a livello internazionale per promuovere la transizione energetica ed affrontare il problema dei cambiamenti climatici, la contaminazione ed il degrado ambientale, nonché i problemi sociali che questi fenomeni stanno causando e causeranno. Le NBS sono strumenti di supporto per raggiungere gli obiettivi di mitigazione e adattamento prefissati nell’Accordo di Parigi sul clima, che riconosce le interconnessioni tra resilienza delle comunità, mezzi di sussistenza ed ecosistemi. Le NBS sono inoltre fondamentali per il raggiungimento di altri Obiettivi di sviluppo sostenibile, in particolare l'SDG6 (Acqua), l'SDG13 (Cambiamento climatico), l'SDG14 (Oceani), l'SDG2 (Fame zero) e l'SDG15 (Ecosistemi).

Questo crescente impegno e interesse nel panorama politico nazionale e internazionale è motivato da una reale necessità di transizione ecologica verso un futuro più green, al fine di proteggere la salute umana e dell'ambiente. Sono numerose le prove che dimostrano che effettivamente le tecnologie NBS funzionano per trattare e purificare le acque e le acque reflue. L'apprendimento e lo scambio di conoscenze sono una componente importante per aiutare i gestori - dalle aziende di servizi per le acque reflue alle amministrazioni comunali, fino alle autorità di regolamentazione - a costruire al meglio un business case (costi, rischi e tempistiche del progetto), che includa anche i molteplici benefici derivanti dall'integrazione delle NBS nel sistema di trattamento delle acque e delle acque reflue. 

L'International Water ssociation (IWA) è stata una piattaforma a sostegno di questo scambio e sta continuando ad esserlo attraverso un gruppo di lavoro lanciato di recente*.

Informazioni supplementari:

Disponibili online alla pagina IWA Publishing: 

• Nature-Based Solutions for Wastewater Treatment. DOI: 10.2166/9781789062267 

• Treatment Wetlands. Sito web: iwaponline.com/ebooks/book/330/Treatment-Wetlands

• Waste Stabilisation Ponds. Sito web: iwaponline.com/ebooks/book/83/Waste-Stabilisation-Ponds 

• Wetland Technology. Sito web: www.iwapublishing.com/books/9781789060164/wetland-technology-practical-information-design-and-application-treatment 

Vedi anche:

• Smart, Sustainable and Resilient cities: the Power of Nature-based Solutions Sito web: wedocs.unep.org/handle/20.500.11822/36586

*Gruppo di lavoro IWA sulle NBS per acqua e servizi igienico-sanitari

L'IWA ha recentemente lanciato un gruppo di lavoro sulle NBS per l'acqua e i servizi igienico-sanitari (Sito web: https://iwa-connect.org/group/working-group-on-nature-based-solutions-for-water-and-sanitation/timeline ). Questo gruppo di lavoro aspira a diventare la piattaforma IWA per la promozione delle NBS, con l'obiettivo specifico di esplorare in che modo i gruppi specialistici dell’IWA possano collaborare e diffondere informazioni su questo tema.

Se siete interessati al gruppo di lavoro dell’IWA, potete contattare: 

Katharine Cross, email: katharine.cross@water-cities.org

Anacleto Rizzo, email: rizzo@iridra.com