Con abitante equivalente (AE), o carico organico specifico, viene indicata, nel campo dell'ingegneria sanitaria, la quantità di sostanze organiche biodegradabili, derivate da un'utenza civile o assimilabile a questa, convogliate in fognatura nell'arco temporale di un giorno (24 ore) cui corrisponde una richiesta biochimica di ossigeno a 5 giorni (120 ore) pari a 60 grammi di O2 al giorno (D.Lgs. 152/06 art. 74-Definizioni).

Un abitante equivalente corrisponde anche a una domanda chimica di ossigeno COD di 130 grammi di O2 al giorno o ad un volume di scarico di 200 litri di refluo per abitante al giorno (d * α = 200 vedere calcolo carico idraulico) facendo riferimento al valore più alto (D.P.G.R. 28/R/03).

Per quanto concerne le civili abitazioni, il dimensionamento in abitanti equivalenti di uno scarico può seguire il seguente ragionamento: camere da letto con superficie fino ai 14 mq equivalgono ad 1 abitante equivalente, camere da letto con superficie superiore ai 14mq corrispondono a 2 a.e., infine per camere da letto di oltre 6mq al di sopra dei 14mq si aggiunge ogni volta 1 a.e. in più. Pertanto nel campo depurativo, non si assume che 1 abitante residente corrisponde ad 1 abitante equivalente.

Rappresenta l'unità di misura basilare per il dimensionamento e la scelta dell'idoneo sistema di depurazione delle acque reflue domestiche e/o assimilate; infatti per dimensionare correttamente i sistemi di trattamento dei reflui, sarebbe necessario valutare l'effettiva produzione di liquame dei centri urbani generati dalle abitazioni e/o alle attività produttive o di servizio. Quando tale strada è impraticabile, si preferisce far riferimento al numero di abitanti equivalenti. L'abitante equivalente è convenzionalmente definito come la quantità di carico inquinante biodegradabile prodotto ed immesso in fognatura da un abitante stabilmente residente nel centro urbano nell'arco della giornata.

Ma nella rete fognaria di un centro urbano, di solito non vengono convogliati i soli liquami di origine domestica ma anche quelli derivanti da altri tipi di utenze (i cui scarichi sono assimilabile dal punto di vista qualitativo a quelle domestiche), quali quelle dovute alle attività commerciali; la valutazione del relativo carico inquinante è ottenuto mediante l'individuazione di una popolazione fittizia che è capace di produrre un carico organico biodegradabile complessivamente equivalente a quello posseduto dalle acque reflue di natura non domestica.

Il carico organico generato dal numero totale di abitanti equivalenti (residenti + fittizi) è quello che deve essere trattato nell'impianto di depurazione a servizio del generico abitato.

Caratteristiche dei liquami domestici I liquami domestici contengono principalmente sostanze organiche in gran parte soggette alla decomposizione biologica. Un liquame domestico è caratterizzato da un valore del carico idraulico e da un valore del carico organico e tali parametri sono alla base del dimensionamento di un impianto di depurazione. Il carico idraulico rappresenta la quantità di acqua reflua che viene scaricata in fogna nera, di solito espressa in m3, nell'arco di tempo di un giorno (24 ore), quindi il carico idraulico si misura in m3 di refluo/giorno . La portata di scarico domestica è connessa, ma non coincidente, con quella distribuita dalla rete di distribuzione idrica urbana; le differenze possono essere determinate da cause quali: utilizzazioni idriche che non comportano scarichi in fognatura nera (innaffiamento dei giardini, lavaggio delle strade, ecc.); perdite nella rete di distribuzione e per sfioro nei serbatoi. Pertanto non tutta l'acqua che viene immessa nella rete di distribuzione giunge agli utenti e poi da questi viene convogliata nella fogna nera. L'aliquota dell'acqua addotta alla rete di distribuzione che non perviene alla fogna nella progettazione viene stimata tra 20 - 40 %. Infatti il valore medio giornaliero dell'acqua convogliata nella fogna nera da un singolo individuo può essere dedotto da una percentuale della dotazione idrica. Nel caso di immissioni all'interno del sistema fognante indipendenti dalla rete di distribuzione idrica, quali i fenomeni di infiltrazioni a seguito dell'alto livello della falda freatica o per immissione di acqua pluviale tali valori della portata devono essere tenuti in considerazione nel calcolo del carico idraulico. In assenza di fenomeni massicci di infiltrazione il carico idraulico, nella pratica progettuale, si stima in base all'approvvigionamento dall'acquedotto , e pertanto considerando che ogni abitante mediamente in un giorno scarica in fogna una quantità di acqua pari al 60 - 80 % della sua dotazione (coefficiente di ritorno in fogna).

Il carico idraulico risulta espresso dalla relazione:

CI = d * α * P

dove: CI = carico idraulico; d = dotazione idrica netta; α = coefficiente di ritorno in fogna (da 0,6 a 0,8) d*α = volume specifico di scarico in fogna che in letteratura, nella campo della progettazione depurativa, viene assunto abitualmente pari a 200 l/ab.giorno, in metri cubi: 0,2 m3/abitante al giorno P = numero di abitanti Solo nel caso in cui non sia disponibile il dato analitico di carico organicoin questo caso il carico idraulico CI = CO/c dove CO è il carico organico e c è il carico organico specifico si fa riferimento ad un valore di α * d (volume di scarico specifico) di 200 litri per abitante per giorno. (L.R. Toscana n.20/2006).

Il carico organico rappresenta il quantitativo di sostanze organiche biodegradabili contenute nei liquami scaricati in fogna nell'arco di tempo di un giorno (24 ore). Tali sostanze derivano prevalentemente dalle deiezioni umane e dalle acque di scarico delle cucine e sono costituite soprattutto da proteine, carboidrati e grassi. Le sostanze organiche sono ricchissime anche di flora batterica che può comprendere agenti patogeni (es. deiezioni dei malati). Per il loro elevato potere inquinante le sostanze organiche devono essere rimosse prima del reinserimento delle acque di scarico nell'ambiente. L'entità della rimozione è vincolata al recapito finale dell'acqua depurata, in funzione del potere autodepurante del recapito finale (es. più spinta nei laghi dove c'è il pericolo di eutrofizzazione).

Il carico organico risulta espresso dalla relazione:

CO = x * CI

dove: CO = carico organico CI = carico idraulico x = concentrazione della materia inquinante biodegradabile

Pertanto per il dimensionamento corretto di un impianto di depurazione, si deve fare riferimento all'effettiva produzione di liquame da smaltire. Nella pratica, quasi sempre, non risulta possibile effettuare rilevazioni dirette delle caratteristiche degli scarichi da trattare, questo è il caso di centri urbani non ancora dotati di impianto di depurazione, pertanto è necessario procedere a valutazioni indirette che nel campo urbano corrispondono all'apporto procapite di carico organico detto carico organico specifico. Infatti, poiché: la maggior parte degli inquinanti presenti negli scarichi urbani, e negli effluenti di numerose industrie, sono biodegradabili, la concentrazione di batteri aerobi è proporzionale alla quantità di sostanza organica biodegradabile presente nei reflui; la misura dell'O2 consumato durante l'attività degradativa delle sostanze organiche presenti in soluzione da parte dei batteri aerobi consente di valutare il carico inquinante di un refluo.

Determinazione della concentrazione del carico organico Fogna nera separata Nel caso di fogne urbane non a servizio di attività industriale, la concentrazione del carico organico si determina nel seguente modo. Il carico organico, cioè la quantità di sostanze organiche inquinanti biodegradabili prodotta giornalmente dall'intera cittadinanza servita dal depuratore, viene misurata indirettamente tramite il quantitativo di O2 necessario affinché i batteri aerobi possano degradare le sostanze organiche biodegradabili presenti, nell'arco di tempo di 5 giorni. Il carico organico specifico, rappresenta la massa di inquinanti biodegradabili prodotta in un giorno (24 ore) da un abitante equivalente AE, ed è espressa in g di O2/(abitante * giorno). Il suo valore di riferimento c, secondo il Decreto Legislativo 3 aprile 2006 n. 152, "Norme in materia ambientale",(art. 74), è dato dall'equivalenza: 1 abitante equivalente = carico organico biodegradabile (che arriva all'impianto di trattamento delle acque nell'arco di un giorno o 24 ore) avente una richiesta biochimica di ossigeno a 5 giorni pari a 60 g di O2. Il carico organico di un liquame che giunge all'impianto di trattamento delle acque reflue in un giorno (24 ore), è dato dal carico organico specifico moltiplicato per la popolazione residente (Pr).

CO = c * Pr (g di O2/giorno) CO = c * Pr / 1.000 (kg di O2/giorno)

dove: CO = carico organico c = carico organico specifico Pr= popolazione residente (numero abitanti residenti)

Il carico idraulico specifico è il volume di acqua reflua prodotta in un giorno da un abitante. Tale valore, dato dal prodotto della dotazione idrica (in l/(abitante*giorno)) per il coefficiente di afflusso in fogna pari a 0,6-0,8 (adimensionale) diviso 1.000 (1.000 l = 1 m3), si misura in m3/(abitante * giorno). Il carico idraulico, cioè il volume di acqua reflua prodotta giornalmente dall'intera cittadinanza servita dal depuratore, si misura in m3/giorno e si può calcolare moltiplicando il carico idraulico specifico per la popolazione, oppure nota la portata nera media (l/s) moltiplicandola per il numero di secondi giornaliero (86.400 s = 1 giorno) e dividendo per 1.000 per portarla in m3. Conoscendo il carico organico e il carico idraulico possiamo calcolare il BOD o BOD5 delle acque reflue da trattare nell'impianto:

BOD5 = CO/CI (kg di O2/m3 o anche mg di O2/l)

dove:

CO = carico organico = Pr * (c) / 1.000 (kg di O2/giorno) CI = carico idraulico = α * d * Pr / 1.000 (m3/giorno)

con: c è 60 g di O2/giorno Pr è la popolazione residente d è la dotazione idrica (l/(ab.giorno)) α è il coefficiente di afflusso in fogna (da 0,6 a 0,8)

Scarichi delle attività cittadine non domestiche La fognatura oltre ad accogliere le acque reflue prodotte dalle attività domestica, convoglia anche quelli di origine non domestica prodotti da attività - comprese quelle legate alla microindustria - operanti all'interno del tessuto urbano (ospedali, alberghi, caserme, scarichi di attività artigianali ed industriali ecc.), ma assimilabili, dal punto di vista qualitativo al metabolismo umano o ad attività domestiche ed in cui gli inquinanti sono costituiti prevalentemente da sostanze biodegradabili. Come abbiamo già visto, il carico organico specifico fornito dalla normativa è pari a 60 g di O2/(ab.giorno). In realtà il carico organico specifico riferito agli scarichi puramente domestici, per le condizioni di vita europee, è pari a circa 40 g di O2/(ab.giorno); la normativa porta tale valore a 60 g di O2/(ab.giorno) per tenere in considerazione proprio il contributo dei servizi pubblici e delle piccole attività produttive operanti all'interno del nucleo urbano - nel valore di normativa sono esclusi però i contributi delle industrie collegate alle fogne urbane il cui valore deve essere calcolato caso per caso - . Pertanto il relativo carico organico biodegradabile è ricompreso nella relazione vista precedentemente: CO = c * Pr

Popolazione fluttuante Alcuni abitati sono interessati dal fenomeno del pendolarismo per lavoro, studio, turismo mordi e fuggi, per culto religioso, ecc. In questo caso si parla di popolazione fluttuante giornaliera (Pfg)che ha la caratteristica di non pernottare nell'abitato di interesse ma rientrare nel centro urbano di appartenenza alla fine della giornata . la stima del relativo carico inquinante deve essere sottratta dal comune di partenza e aggiunta nel comune di arrivo.