L’intelligenza nella depurazione

Plant Intelligence

Le grandi città devono confrontarsi con il problema della distribuzione e della gestione dell'acqua potabile. Una risorsa che, come dimostrano le recenti polemiche scatenate dalla privatizzazione dei servizi idrici, avrà un valore sempre crescente e con la quale gli amministratori dovranno necessariamente confrontarsi. Anche in considerazione del fatto che, oltre ad essere un bene primario, dall'acqua dipende la corretta tutela della salute pubblica. Da queste considerazioni non può essere trascurato l'aspetto economico connesso alla gestione dell'acqua potabile e, soprattutto, al corretto smaltimento delle acque reflue. Un aspetto, quest'ultimo, spesso trascurato, ma con un notevole impatto sul costo del servizio.

L'oro blu

Ottimizzare i consumi di acqua potabile costituisce un'opportunità di risparmio per i consumatori e, per assurdo, un obiettivo perseguito anche dai gestori del servizio stesso. Nasce in quest'ottica l'idea di operare in modo intelligente sul recupero e la depurazione delle acque reflue, in arrivo dagli ambienti civili e industriali. Si tratta, ovviamente, di acque non destinabili ad usi alimentari o per l'igiene personale, in quanto non è ovviamente ipotizzabile una loro reimmissione diretta nel ciclo di distribuzione. L'utilizzo di moderne tecnologie di trattamento offre però interessanti prospettive per il riutilizzo locale, grazie alla disponibilità di acqua impiegabile nei processi industriali o per l'irrigazione. I liquami di scarico si trasformerebbero così da problema ad autentica opportunità dal punto di vista economico e ambientale.
L'esperienza sviluppata da Siemens in questo ambito ha consentito di ottenere notevoli vantaggi dall'impiego dei sistemi anaerobici, che sfruttano la capacità di alcuni microrganismi di digerire i composti organici. Una simile modalità operativa consente addirittura di ottenere un bilancio energetico positivo, in quanto i gas sviluppati possono essere utilizzati per produrre calore o elettricità. A ciò si aggiunge la possibilità di minimizzare l'utilizzo di componenti chimici e realizzare impianti di limitato ingombro (sviluppo in verticale anziché in orizzontale), con l'ulteriore vantaggio di una minima quantità di fanghi da smaltire al termine del processo e la disponibilità di acqua da destinare a processi industriali e agricoli a poca distanza dal luogo di utilizzo, riducendo anche i problemi connessi alle infrastrutture di trasporto, sia in ingresso al trattamento sia al successivo riutilizzo. L'unico limite degli impianti decentralizzati era rappresentato, in passato, dai costi connessi agli interventi di tecnici specializzati. Un problema oggi superato grazie alla semplicità di manutenzione e alla possibilità di effettuare interventi da remoto sfruttando moderne tecnologie di telecontrollo e telemanutenzione.

Sistemi esperti e intelligenti

La nuova frontiera dei sistemi di depurazione anaerobica, sempre più sfruttati soprattutto all'interno delle grandi città, è oggi rappresentata dalla capacità di operare attraverso sistemi di automazione dotati di un'intelligenza propria. Il progetto, presentato all'ultima edizione del convegno Telecontrollo, prevede infatti tre differenti ambiti: l'automazione, il trattamento con sistemi esperti e il risparmio energetico. In ognuno dei tre ambiti, i controlli dei vari parametri chimico/fisici rappresentano il fattore caratterizzante. Nella fase di trattamento, all'interno del primo reattore (una sorta di vasca), per massimizzare l'attività dei processi di idrolisi e acidificazione, devono essere mantenuti valori di acidità e temperatura costanti e predefiniti. Nello specifico, in questa fase, è necessario che il pH si attesti su un valore pari a 5,3, mentre la temperatura sia costantemente fissata a 35 °C. Successivamente, per realizzare la degradazione della materia organica, attraverso la quale è possibile ottenere anche la produzione di biogas utilizzabile per produrre energia elettrica o calore, è richiesto un pH pari a 7,0 e una temperatura di 36 °C. Infine, nel terzo e ultimo reattore, dove avviene la cosiddetta Anammox (ossidazione anaerobica di ammonio), una delle più interessanti innovazioni introdotte negli ultimi anni, è necessario ottenere un pH pari a 8,0 e una temperatura di 37 °C.

Previsione e controllo

La principale difficoltà, nel controllo di un simile trattamento, è connessa alla dinamica con cui i liquami raggiungono gli impianti. Gli scarichi, infatti, sono caratterizzati da valori chimico/fisici variabili nel tempo e che, quindi, complicano l'attività di stabilizzazione dei parametri, indispensabile per ottimizzare la depurazione. Per garantire i valori prestabiliti all'interno dei reattori, rivestono un ruolo determinante il sistema di automazione e la capacità di individuare politiche gestionali tese all'ottimizzazione delle infrastrutture territoriali. Il tentativo di 'inseguire' i parametri fisici, cercando di mantenerli all'interno dei valori ideali, si è dimostrato poco efficace e, soprattutto, dispendioso, poiché il sistema era continuamente costretto a correggere i valori. Senza dimenticare che, nelle fasi caratterizzate da minor afflusso di acque reflue o di ridotta richiesta da parte degli utenti, sarebbe auspicabile far avvenire il processo ad una velocità inferiore, riducendo così i consumi connessi all'utilizzo delle pompe o dei sistemi di riscaldamento dei liquami.
Per tale ragione, anziché operare solo sulla scorta dei valori riscontrati all'interno del processo, la nuova frontiera consiste nella capacità di operare sempre sulla base delle reali esigenze della depurazione e delle effettive richieste dell'utenza. Si tratta, in pratica, di prevedere in modo intelligente le esigenze del processo, così da ottimizzarne i parametri di funzionamento. Per ottenere un simile obiettivo sono stati creati una serie di modelli basati su analisi statistiche e previsionali dei fabbisogni idrici di una zona, sviluppando poi algoritmi specifici per supportare le decisioni operative. L'intelligenza dei modelli matematici, però, deve essere alimentata da una serie di informazioni obiettive e prelevate direttamente dal campo. L'andamento dei consumi, infatti, può essere previsto con una buona precisione, in funzione degli andamenti storici, mentre è più difficile prevedere le condizioni chimico/fisiche delle acque reflue. Il loro valore è condizionato dalla variabilità delle condizioni atmosferiche e, in ambito industriale, dal verificarsi di specifiche attività produttive. Solo integrando in modo intelligente i dati obiettivi e quelli previsionali è possibile garantire il mantenimento dei parametri prefissati, evitando qualunque forma di spreco energetico.
Per garantire l'integrazione dei dati raccolti lungo l'intera rete di distribuzione e captazione, all'interno degli algoritmi di previsione si sta lavorando su specifici sistemi esperti, in grado di sfruttare simulazioni numeriche, analisi delle serie storiche, reti neurali e fuzzy analysis. Si tratta di metodologie molto sofisticate e ancora in fase di sperimentazione, che devono essere alimentate dalle informazioni provenienti dalla strumentazione di processo e, soprattutto, dai sensori opportunamente posizionati all'interno dei sistemi di distribuzione e raccolta delle acque.

Attenzione ai consumi

La crescente attenzione del mercato nei confronti dei sistemi in grado di ottimizzare la gestione delle risorse disponibili diventa fondamentale soprattutto in considerazione del fatto che i sistemi di distribuzione, captazione, depurazione e smaltimento delle acque assorbono notevoli quantità di energia elettrica. L'analisi intelligente dei flussi all'interno degli impianti permette così di prevenire gli sprechi e, contemporaneamente, di effettuare l'analisi dei costi energetici, attribuendo i consumi alle differenti fasi del processo. Partendo dall'analisi di queste informazioni, frutto di un sistema automatizzato e obiettivo, è possibile procedere a una successiva ottimizzazione dei consumi, che non si limita alla riduzione degli sprechi. L'utilizzo di analisi dettagliate e la corretta previsione delle esigenze dell'impianto e degli utenti permettono infatti di pianificare specifiche attività in fasce orarie a basso costo energetico, riducendo così i costi a carico del gestore. A questo si aggiunge la capacità di prevenire il superamento dei limiti di potenza utilizzata, evitando penali e spese che possono gravare sui bilanci dell'azienda incaricata del processo di smaltimento e di depurazione. In un impianto anaerobico, infatti, la maggior parte dell'energia è assorbita dagli azionamenti elettrici, ovvero pompe e ventilatori, a cui si aggiungono il sistema di riscaldamento e i ventilatori utilizzati per l'areazione. La capacità di gestire in modo intelligente lo spegnimento di specifici dispositivi, anche per un breve periodo di tempo, o di posticipare determinati processi rappresenta quindi un'interessante opportunità per quanti operano nella gestione delle acque. Un patrimonio che, nel prossimo futuro, avrà un crescente valore economico e strategico.

*Ilaria Macrì è Low Voltage Components Head di Siemens

Pubblica i tuoi commenti