Quelle di prima pioggia sono costituite dalle acque di scorrimento superficiale defluite nei primi istanti di un evento di precipitazione e caratterizzate da elevate concentrazioni di sostanze inquinanti, spesso addirittura superiori a quelle registrate negli stessi reflui in condizioni ordinarie.A seguito degli eventi di precipitazione, infatti, le acque meteoriche operano il dilavamento delle superfici urbane causando il trasporto in fognatura di sostanze inquinanti tra le quali, principalmente, solidi sedimentabili (organici o inorganici), elementi nutritivi, batteri, oli, grassi e metalli pesanti; tale fenomeno è noto con il nome di first flush.

L’inquinamento provocato dalle acque di scorrimento superficiale delle aree urbanizzate è ormai riconosciuto come una delle maggiori cause nell’alterazione della qualità dei corpi idrici ricettori. La Direttiva CEE 91/271 "Concernente il trattamento delle acque reflue urbane" prevede che entro il 31 dicembre 2005 tutte le acque reflue domestiche o il miscuglio di queste con le acque meteoriche di dilavamento siano sottoposte prima dello scarico a un trattamento di depurazione per il raggiungimento di obiettivi di qualità nei corpi idrici ricettori, identificati da valori limite di concentrazione di inquinanti in seno ai ricettori stessi. Nel recepimento a livello nazionale di tale Direttiva, il D.Lgs.152/99, successivamente integrato dal D.Lgs.258/00, affronta nello specifico il problema delle acque meteoriche di dilavamento e del trattamento delle acque di prima pioggia all’Art. 39. Ai fini della prevenzione di rischi idraulici e ambientali, si prevede che le regioni disciplinino le forme di controllo degli scarichi di acque meteoriche di dilavamento provenienti da reti fognarie separate e i casi in cui "può essere richiesto che le acque di prima pioggia siano convogliate e opportunamente trattate in impianti di depurazione".

Attualmente, la maggior parte dei sistemi di drenaggio urbano di tipo separato esistenti in Italia non è dotata di dispositivi per la gestione e la depurazione delle acque di prima pioggia, che vengono così scaricate direttamente nei corpi idrici ricettori, talvolta a valle di un semplice trattamento di tipo meccanico (grigliatura). 

La corretta gestione di tali acque richiede anzitutto la determinazione dei volumi di acqua meteorica effettivamente interessati dal fenomeno del first flush. La difficoltà principale risiede nel fatto che la qualità delle acque di prima pioggia, per la natura dei processi che regolano il dilavamento degli inquinanti dalle superfici urbane, risulta fortemente dipendente dalla specificità del sito in esame e in particolare dalle caratteristiche idrologiche, climatiche e morfologiche dell’area drenata.

Fig. 1 – Stazione di monitoraggio delle acque di prima pioggia. Particolari del dispositivo a vaschette basculanti per la misura della portata e del campionatore ISCO 6700 utilizzato

Considerata la necessità di adeguamento dei sistemi fognari esistenti conformemente alla Direttiva europea e la specificità del fenomeno del first flush, presso il Dipartimento di Ingegneria Ambientale dell’Università degli Studi di Genova è stato avviato uno studio sperimentale per la caratterizzazione in situ delle acque di prima pioggia nel comprensorio urbano genovese.

Il sistema, progettato per il monitoraggio delle acque di prima pioggia, consta di una canaletta di raccolta delle acque meteoriche prima dell’immissione in fognatura e di un autocampionatore ISCO 6700 accoppiato a un dispositivo di tipo volumetrico a vaschette basculanti per la misura della portata (v. Fig.1). L’autocampionatore assicura una frequenza di campionamento dell’ordine del minuto, che permette di monitorare l’intera evoluzione del fenomeno del first flush, caratteristico degli istanti iniziali dell’evento di precipitazione. Lo strumento consente la connessione con moduli esterni (nello specifico il dispositivo a vaschette basculanti) che ne regolano l’attivazione e, una volta attivato, è in grado di acquisire dati dagli stessi moduli a intervalli opportuni. Il dispositivo, di tipo volumetrico, garantisce un’elevata precisione anche nella misura di portate modeste (0,1 ¸ 2,5 L/s). Tutte le componenti del sistema di monitoraggio sono state accuratamente verificate e calibrate in laboratorio prima dell’installazione sul campo.

Attraverso l’analisi dei dati rilevati, in questa fase di campionamento è stato possibile verificare che le concentrazioni medie degli inquinanti monitorati nelle acque di dilavamento del manto stradale sono confrontabili con i dati riscontrati in letteratura; in particolare è stato operato un confronto con le concentrazioni medie registrate in un’area residenziale e in un sito stradale a bassa intensità di traffico, entrambi situati in Texas, i cui valori numerici sono sintetizzati in Tabella 1. L’unica eccezione è costituita dal valore del COD nel sito di Villa Cambiaso che presenta una concentrazione tripla, probabilmente imputabile alla presenza di zone verdi nell’area in esame.

L’approccio utilizzato in questo studio per l’elaborazione dei dati monitorati consiste nel relazionare la variazione della massa inquinante con il volume delle acque di scolo in termini adimensionali mediante le cosiddette curve M(V). Tale rappresentazione fornisce la variazione percentuale della cumulata della massa inquinante rispetto alla variazione percentuale della cumulata del volume di acqua di ruscellamento. Quando la curva si trova al di sopra della bisettrice si evidenzia l’insorgere del fenomeno del first flush e l’entità del fenomeno cresce all’aumentare della pendenza iniziale della curva.

La curva M (V) ottenuta dall’elaborazione dei dati corrispondenti all’evento meteorico del 6 marzo 2002 (v. Fig.2) evidenzia un significativo fenomeno del first flush; in particolare, per quanto concerne il COD è stato registrato un dilavamento del 55% della massa inquinante nel primo 30% di volume di acqua meteorica di scorrimento defluita in fognatura. È importante notare i fattori che hanno maggiormente influenzato l’occorrenza e l’entità del first flush in tale evento: periodo di tempo secco antecedente, fattore che regola l’accumulo delle sostanze inquinanti sulle diverse superfici, e portata massima di acqua meteorica defluita in fognatura durante la fase di campionamento.

Confrontando gli eventi del 14 e del 6 marzo, che si differenziano principalmente in termini di periodo di tempo secco antecedente, si può notare come il fenomeno del first flush sia più pronunciato al crescere di tale fattore.

Tuttavia, nell’evento del 23 gennaio, caratterizzato da un periodo di tempo secco antecedente straordinario, non si è registrato un apprezzabile fenomeno di first flush a causa della modesta portata defluita in rete nella fase iniziale della precipitazione, che non è stata sufficiente a innescare il processo di dilavamento degli inquinanti.

Inoltre,il confronto tra la concentrazione di zinco registrata nelle acque di dilavamento delle superfici a tetto con quelle di dilavamento del manto stradale ha mostrato che la concentrazione massima e quella media dell’evento pesata sul corrispondente volume d’acqua defluito risultano 10 volte maggiore nel caso delle superfici a tetto come era logico ipotizzare a causa del materiale di costruzione dei pluviali (v. Tab.2).

Fig. 2 - Curve M(V) per SST, COD, NH4+ e ioni [H+] corrispondenti ai campionamenti del 23/01/02, 06-14/03/02 e tabella delle caratteristiche degli eventi meteorici corrispondenti