Impianto Di Potabilizzazione Val Di Setta: L'Ingegneria Del Trattamento Acque Tra Chiariflocculazione Lamellare, Ossidazione Ad Ozono E Filtrazione Su Carboni Attivi

Dalla confluenza idrografica di Sasso Marconi ai decantatori lamellari, dall'ossidazione avanzata con ozono alla filtrazione su carboni attivi: viaggio nell'infrastruttura di potabilizzazione del Gruppo Hera, prima al mondo certificata AWS, baluardo di resilienza climatica per oltre ottocentomila cittadini.

1. Inquadramento Idrologico e Ruolo Strategico per Bologna

Nel punto esatto in cui i rilievi appenninici si aprono verso la pianura alluvionale, nel territorio comunale di Sasso Marconi, sorge uno dei più complessi snodi di ingegneria sanitaria e idraulica d'Europa: l'impianto di potabilizzazione Val di Setta, infrastruttura cardine gestita dal Gruppo Hera. Concepito come il vero e proprio "cuore idraulico" dell'area metropolitana bolognese, questo impianto garantisce oltre il 50% dell'intero fabbisogno idropotabile della città di Bologna e di oltre trenta comuni contermini, alimentando una popolazione servita che supera gli 800.000 residenti, oltre alle estese concentrazioni industriali, sanitarie e accademiche del capoluogo emiliano.

L'approvvigionamento idrico dell'impianto si fonda su un doppio bacino di captazione ad alta complessità idrologica. La risorsa grezza proviene primariamente dall'alveo del fiume Reno — intercettata mediante una massiccia opera di presa situata in località Panico, nel comune di Marzabotto, e convogliata a gravità e pressione per 4,4 chilometri attraverso una galleria forzata — e dalle acque torrentizie del Setta, derivate da una traversa fluviale posta poco a monte dell'impianto. Con una capacità di trattamento nominale che raggiunge i 2.400 litri al secondo ($2,4\text{ m}^3/\text{s}$) e una produzione annua compresa tra i 40 e i 50 milioni di metri cubi, Val di Setta governa la transizione tra l'idrografia torrentizia appenninica e la complessa maglia distributiva urbana.

La peculiarità dell'architettura idrica bolognese risiede nella sua interconnessione sistemica. Val di Setta non lavora come un elemento isolato, bensì dialoga in tempo reale con i campi pozzi alluvionali di pianura (tra cui i nodi di Fossolo, Borgo Panigale e Tiro a Segno) e con i grandi serbatoi di compenso e testata collinari, come il serbatoio di Monte San Biagio e il nodo di San Ruffillo, documentati e monitorati dal Comune di Bologna.

Questa configurazione a rete integrata consente una gestione dinamica e flessibile del bilancio idrico: nei periodi di abbondanza idrologica superficiale, l'impianto massimizza la produzione, consentendo alle falde freatiche e artesiane di ricaricarsi ed evitando il fenomeno della subsidenza; durante i mesi di severa magra estiva o in caso di torbide eccezionali, il carico viene redistribuito sui campi pozzi.

L'impianto si innesta inoltre sulla millenaria direttrice dell'Acquedotto Romano di Bologna, originariamente scavato nella roccia arenaria nel I secolo a.C. e riscoperto a fine Ottocento dall'ingegner Antonio Zannoni, testimoniando una continuità storica e geologica che lega indissolubilmente la gola del Setta alla salubrità pubblica della città.

2. Treno di Trattamento Chimico-Fisico e Chiariflocculazione Lamellare

La gestione delle acque superficiali di origine appenninica impone sfide ingegneristiche estreme. I corsi d'acqua come il Reno e il Setta presentano regimi idrologici spiccatamente torrentizi, caratterizzati da improvvise e violente ondate di piena capaci di innalzare i solidi sospesi totali (SST) e la torbidezza da valori basali di $5\text{ NTU}$ a picchi superiori ai $1.500\text{ NTU}$ nell'arco di poche ore. Per neutralizzare questa variabilità, l'impianto di Val di Setta adotta un rigoroso treno di trattamento chimico-fisico a stadi multipli.

Dissabbiatura e Pre-ossidazione Primaria

La prima barriera fisica è costituita dalle vasche di dissabbiatura idrodinamica e grigliatura fine. Sfruttando la forza di gravità e percorsi a vortice controllato, il sistema separa istantaneamente le sabbie grossolane, le ghiaie fini e il detrito minerale trasportato dal bacino montano, proteggendo le giranti delle stazioni di pompaggio dall'abrasione meccanica.

A valle della dissabbiatura, le acque grezze vengono sottoposte a pre-ossidazione controllata mediante reagenti ad alto potenziale redox (come biossido di cloro o permanganato di potassio in base alle stagionalità). Questo dosaggio assolve a tre funzioni primarie: * Ossidare le forme ridotte di ferro ($Fe^{2+}$) e manganese ($Mn^{2+}$), insolubilizzandole in idrossidi precipitabili; * Disattivare la prima carica microbiotica e algale, prevenendo la formazione di biofilm all'interno delle canalizzazioni; * Iniziare la scissione delle sostanze organiche naturali colloidali (acidi umici e fulvici).

Coagulazione e Flocculazione Ortocinetica

L'acqua entra successivamente nella camera di miscelazione rapida (flash mixing), dove viene dosato il coagulante inorganico primario, tipicamente policloruro di alluminio (PAC) ad alta basicità.

I colloidi argillosi responsabili della torbidezza possiedono cariche elettrostatiche superficiali negative che generano forze di repulsione interparticellare (potenziale Zeta tipicamente compreso tra $-15\text{ mV}$ e $-30\text{ mV}$). L'idrolisi del PAC libera specie cationiche polinucleari di alluminio che comprimono il doppio strato elettrico e neutralizzano le cariche negative superficiali, annullando il potenziale Zeta e provocando la destabilizzazione dei colloidi (microflocculazione).

Nelle successive vasche di flocculazione lenta, dotate di agitatori meccanici a pale con regolazione elettronica della velocità angolare, viene indotta una flocculazione ortocinetica. L'aggiunta di minime dosi di polielettroliti organici ad alto peso molecolare agisce da ponte chimico (bridging), aggregando i microfloccoli in strutture macroscopiche fioccose, dense e dotate di elevata coesione strutturale.

Idrodinamica dei Decantatori a Pacchi Lamellari

La separazione di fase solido-liquido avviene all'interno di una batteria di decantatori a pacchi lamellari ad alta velocità superficiale, basati sui principi classici della teoria della sedimentazione di Hazen. Secondo tale formulazione idraulica, l'efficienza di rimozione di una particella solida in una vasca di sedimentazione rettangolare non dipende dalla profondità complessiva del bacino, bensì unicamente dal carico idraulico superficiale $C_s$:

$$C_s = \frac{Q}{A_s}$$

dove $Q$ rappresenta la portata volumetrica e $A_s$ la superficie orizzontale di decantazione.

Inserendo all'interno delle vasche moduli alveolari costituiti da piastre lamellari parallele inclinate con un angolo $\theta$ compreso tra $55^\circ$ e $60^\circ$ e distanziate di pochi centimetri, la traiettoria di caduta della particella viene ridotta da diversi metri a pochi millimetri. La superficie equivalente di sedimentazione utile $A_{eff}$ viene moltiplicata geometricamente:

$$A_{eff} = A_s \cdot (\cos\theta + L \cdot \sin\theta)$$

dove $L$ è la lunghezza relativa delle lamelle rispetto alla loro spaziatura.

Il moto del fluido all'interno dei condotti lamellari avviene in regime strettamente laminare (con numero di Reynolds $Re < 500$), eliminando i moti convettivi e le turbolenze che provocherebbero il risospensionamento del fango. I fiocchi decantano sulla superficie inferiore delle lamelle e scivolano per gravità verso la tramoggia di raccolta di fondo, mentre l'acqua chiarificata viene raccolta uniformemente in superficie tramite canali a stramazzo dentato. Questa tecnologia consente all'impianto di Val di Setta di mantenere livelli di torbidezza dell'effluente chiarificato costantemente inferiori a $1,5\text{--}2,0\text{ NTU}$, anche a fronte di carichi in ingresso di estrema torbidezza fluviale.

3. Barriere Tecnologiche Avanzate: Ozonizzazione e Filtrazione su GAC

La chiariflocculazione rimuove efficacemente la frazione particellare e sospesa, ma non è in grado di intercettare i composti organici disciolti, i microinquinanti emergenti e i precursori dei sottoprodotti di disinfezione. Per garantire la purezza chimica e tossicologica dell'acqua erogata, il layout di Val di Setta integra una sezione avanzata a doppia barriera costituita dall'ossidazione intermedia con ozono ($O_3$) e dall'adsorbimento su carboni attivi granulari (GAC).

Ozonizzazione Intermedia: Ossidazione e Degradazione Molecolare

L'ozono viene generato in situ all'interno di camere a scarica a barriera dielettrica (silent electrical discharge) a partire da ossigeno puro gassoso, evitando i rischi di stoccaggio e trasporto di gas tossici. Il gas ozonizzato viene insufflato alla base di profonde colonne di contatto mediante diffusori porosi in ceramica sinterizzata, garantendo la formazione di microbolle ad altissima area interfacciale liquido-gas.

Il meccanismo di ossidazione opera attraverso due vie chimiche parallele: 1. Via diretta molecolare ($O_3$): L'ozono attacca selettivamente i gruppi funzionali con alta densità elettronica, rompendo i doppi legami carbonio-carbonio ($C=C$), gli anelli aromatici e i composti eteroatomici contenenti azoto o zolfo. 2. Via indiretta radicalica ($\cdot OH$): A pH neutro o leggermente basico, la decomposizione dell'ozono innesca reazioni a catena che producono radicali idrossile ($\cdot OH$), specie ossidanti non selettive dotate di un potenziale redox straordinariamente elevato ($E^\circ = +2,80\text{ V}$), capaci di mineralizzare molecole altrimenti refrattarie.

L'ozonizzazione intermedia distrugge le membrane cellulari di patogeni resistenti al cloro (tra cui cisti di Giardia lamblia e oocisti di Cryptosporidium), abbatte le sostanze cromofere e odorigene (come geosmina e 2-metilisoborneolo) e converte le macromolecole organiche complesse in frazioni a catena corta biodegradabili (AOC - Assimilable Organic Carbon).

Filtrazione Profonda su Carbone Attivo Granulare (GAC)

A valle dell'ozonizzazione e di una fase di filtrazione rapida su sabbia silicea, l'acqua attraversa una monumentale batteria di filtri a gravità riempiti di Carbone Attivo Granulare (GAC). Il carbone attivo impiegato a Val di Setta possiede un'area superficiale specifica eccezionale, tipicamente superiore a $1.000\text{--}1.100\text{ m}^2/\text{g}$, ottenuta tramite processi di attivazione fisica a vapore ad alta temperatura che generano una complessa rete tridimensionale di micropori (diametro $<2\text{ nm}$) e mesopori ($2\text{--}50\text{ nm}$).

La cinetica di adsorbimento sui letti GAC si articola in quattro stadi sequenziali: * Trasporto per convezione nella fase liquida esterna; * Diffusione molecolare attraverso il film idrodinamico stagnante che circonda il granulo; * Diffusione intraparticellare nei pori (pore diffusion) e adsorbimento superficiale lungo le pareti (surface diffusion); * Fissazione chimico-fisica del soluto sui siti attivi mediante interazioni idrofobiche, forze di Van der Waals e legami elettrostatici (modellati secondo le isoterme di Freundlich e Langmuir).

La combinazione $O_3\text{--GAC}$ impedisce che la materia organica naturale reagisca con i disinfettanti terminali, eliminando alla radice il rischio di formazione di trialometani (THM) e acidi aloacetici (HAA).

Inoltre, il consorzio biologico benefico che colonizza naturalmente i primi centimetri dei letti di carbone (BAC - Biological Activated Carbon) metabolizza la frazione organica biodegradabile prodotta dall'ozonizzazione.

Quando la capacità di adsorbimento del letto si avvicina alla saturazione (monitorata costantemente mediante analisi di breakthrough dei microinquinanti), il carbone esausto viene estratto idraulicamente e inviato a rigenerazione termica in forni rotanti a oltre $850^\circ\text{C}$, dove i contaminanti adsorbiti vengono pirolizzati e la struttura porosa riattivata con perdite di materiale inferiori al 5%, azzerando la produzione di rifiuti speciali inerti.

4. Disinfezione Finale, Telecontrollo SCADA e Resilienza Climatica

L'ultimo presidio idraulico prima dell'immissione dell'acqua trattata nella dorsale di adduzione metropolitana è la disinfezione di finitura con biossido di cloro ($ClO_2$). A differenza del cloro gas o dell'ipoclorito di sodio, il biossido di cloro è un disinfettante ossidante che non agisce per clorurazione della matrice organica: non genera composti organoclorurati né odori sgradevoli di clorammine, mantenendo al contempo un'elevata stabilità chimica e una residualità protettiva che impedisce fenomeni di ricrescita batterica all'interno delle centinaia di chilometri di condotte di distribuzione primaria e secondaria.

Water Safety Plans e Quadro Normativo (D.Lgs. 18/2023)

L'impianto opera in piena conformità con il Decreto Legislativo 18/2023, recepimento italiano della Direttiva Europea 2020/2184 sulle acque destinate al consumo umano. Tale impianto normativo ha sancito il passaggio definitivo dal tradizionale campionamento analitico retrospettivo alla metodologia preventiva dei Water Safety Plans (WSP), promossa dall'Organizzazione Mondiale della Sanità.

A Val di Setta, il rischio è analizzato lungo l'intera filiera source-to-tap: * Dalla salvaguardia idrogeologica del bacino montano alle captazioni; * Dalla regolazione millimetrica dei gradienti di velocità nelle vasche di processo ai punti di consegna terminali.

Una fitta rete di analizzatori in linea monitora ventiquattr'ore su ventiquattro parametri quali pH, conducibilità, potenziale redox, assorbanza $UV_{254}$, Carbonio Organico Totale (TOC) e concentrazione residua di disinfettante. In caso di minima deviazione dai parametri di controllo critico (Critical Control Points - CCP), scattano protocolli automatizzati di isolamento dei flussi e spurgo idraulico, coordinati con i laboratori accreditati di ARPAE Emilia-Romagna e le autorità sanitarie territoriali.

Il Polo di Telecontrollo SCADA di Granarolo

Tutte le grandezze fisiche, chimiche ed energetiche registrate a Val di Setta confluiscono in tempo reale presso il Polo di Telecontrollo del Gruppo Hera a Granarolo dell'Emilia, una delle sale controllo per infrastrutture a rete più avanzate d'Europa. Tramite un'architettura SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) interamente ridondata: * I flussi idrici vengono modulati predittivamente in base alle curve di domanda dei consumatori bolognesi; * Le pompe di spinta ad alta efficienza inverter vengono coordinate per ottimizzare il recupero energetico nei momenti di picco tariffario; * La variabilità qualitativa delle acque del Reno e del Setta viene gestita con dosaggi chimici dinamici calcolati da algoritmi di feed-forward, riducendo l'impiego di reagenti e garantendo la costanza organolettica dell'acqua immessa in rete.

Certificazione AWS e Resilienza Climatica

Nel 2021, l'impianto Val di Setta ha conquistato un primato globale, diventando il primo impianto di potabilizzazione al mondo a conseguire la prestigiosa certificazione internazionale AWS (Alliance for Water Stewardship). Questo standard indipendente certifica non solo la conformità tecnica del trattamento, ma l'eccellenza nell'intera governance del ciclo idrico: * Rispetto del Deflusso Minimo Vitale (DMV) e del deflusso ecologico dei corsi d'acqua appenninici; * Riduzione drastica delle acque di lavaggio dei filtri tramite sistemi di recupero e ricircolo interno; * Protezione della biodiversità floristica e faunistica nei siti di presa; * Coinvolgimento trasparente degli stakeholder del territorio montano e vallivo.

Gli investimenti di revamping e potenziamento strutturale realizzati da Hera si sono rivelati decisivi alla prova dei fatti durante gli eventi idrogeologici estremi che hanno colpito l'Appennino bolognese e la Romagna nel maggio 2023 e nell'autunno 2024, ampiamente documentati dalle cronache regionali di ANSA Emilia-Romagna e de Il Resto del Carlino.

Nonostante le eccezionali portate detritiche e le colate di fango che hanno sconvolto i bacini idrografici del Reno e del Setta, la flessibilità impiantistica, la robustezza dei decantatori lamellari e la protezione della doppia barriera $O_3\text{--GAC}$ hanno consentito di mantenere la continuità del servizio potabile per l'intera città di Bologna senza interruzioni di erogazione, confermando l'impianto come presidio di sicurezza civile e climatica.

5. Contesto, Impatto Urbano, Voci dal Territorio e Visione Futura

La tenuta del sistema idropotabile metropolitano rappresenta una condizione di sicurezza non negoziabile per lo sviluppo socio-economico di Bologna. Dal distretto biomedicale e del packaging automatizzato alla cittadella universitaria dell'Alma Mater, dalle strutture ospedaliere d'eccellenza (Policlinico Sant'Orsola-Malpighi e Ospedale Maggiore) al tessuto residenziale del centro storico e della prima cintura, la disponibilità di acqua di elevatissima qualità è il prerequisito invisibile di ogni attività quotidiana.

Nel dibattito sullo sviluppo sostenibile e sull'adattamento ai cambiamenti climatici, la gestione di Val di Setta raccoglie consensi unanimi tra tecnici e amministratori, come spesso evidenziato nei resoconti di BolognaToday.

«Val di Setta non è semplicemente un impianto industriale, ma una cattedrale ecologica dell'Appennino», ha osservato un ingegnere idraulico della direzione tecnica di Hera. «Il lavoro di ottimizzazione continua sui pacchi lamellari e sul ciclo dei carboni attivi ci permette di affrontare scenari climatici che fino a dieci anni fa sarebbero stati considerati non gestibili. Quando i fiumi si gonfiano di limo o quando la siccità concentra le sostanze inquinanti, la nostra tecnologia assicura che al rubinetto arrivi un'acqua con standard qualitativi superiori a molte acque minerali imbottigliate».

La visione a lungo termine per l'Appennino bolognese e l'area metropolitana proietta Val di Setta all'interno di un modello di economia circolare dell'acqua sempre più integrato: 1. Recupero energetico: Installazione di micro-turbine idrauliche sulle condotte di derivazione in pressione per recuperare l'energia cinetica delle acque grezze e alimentare parte dei processi di ozonizzazione; 2. Riutilizzo dei fanghi di chiariflocculazione: Impiego dei residui minerali inerti nei settori della bio-edilizia e dell'industria ceramica emiliana; 3. Interconnessione con i grandi invasi montani: Rafforzamento delle sinergie idrauliche con i bacini idroelettrici di Suviana e Brasimone per creare una riserva strategica di testata in grado di compensare periodi prolungati di deficit pluviometrico.

6. Punti Chiave e Quadro di Sintesi

• Ubicazione e Bacino d'Utenza: Situato a Sasso Marconi (BO), serve oltre 800.000 abitanti distribuiti in 33+ comuni della Città Metropolitana di Bologna, coprendo oltre il 50% della domanda idropotabile metropolitana.
• Fonti di Captazione: Acque superficiali del fiume Reno (presa di Panico a Marzabotto, condotta di 4,4 km) e del torrente Setta (traversa fluviale a monte). Portata di trattamento di picco pari a $2.400\text{ l/s}$.
• Trattamento Primario e Chiariflocculazione: Dissabbiatura idrodinamica, pre-ossidazione, coagulazione controllata con PAC e sedimentazione ad alta velocità su decantatori a pacchi lamellari (inclinazione $55^\circ\text{--}60^\circ$, regime laminare $Re < 500$).
• Avanzamento a Doppia Barriera ($O_3\text{--GAC}$): Ozonizzazione intermedia con produzione radicalica ($\cdot OH$) per l'ossidazione di microinquinanti e filtrazione profonda su carbone attivo granulare (area specifica $>1.000\text{ m}^2/\text{g}$), efficace nell'abbattimento di PFAS, fitofarmaci, VOC e precursori di trialometani.
• Standard Normativi e Telecontrollo: Piena rispondenza al D.Lgs. 18/2023 attraverso i Piani di Sicurezza dell'Acqua (Water Safety Plans), supervisione 24/7/365 dal Polo di Telecontrollo SCADA di Granarolo dell'Emilia e disinfezione terminale con biossido di cloro ($ClO_2$).
• Primato di Sostenibilità: Primo impianto di potabilizzazione al mondo ad aver conseguito la certificazione internazionale AWS (Alliance for Water Stewardship) per la gestione trasparente, responsabile ed ecologica della risorsa idrica.