Bollenti Spiriti

Cosa abbiamo realizzato col nostro progetto

La complessa natura tecnico-economica connessa alla pratica del riuso delle acque reflue è percepita con diffidenza dalla società pugliese a causa dei potenziali rischi per la salute pubblica ad essa connessi; particolarmente inaccettabile in una Regione già dichiarata in "stato di emergenza socio-sanitario-ambientale".

Il nostro progetto, fondato su un'analisi scientifica delle condizioni in cui versa la Regione Puglia, offre al lettore quegli elementi utili alla comprensione dei dati su cui necessita fondare la ricerca di base. Il nostro precipuo contributo in questo studio è stato finalizzato a superare le predette diffidenze, sottese al riuso delle acque reflue affinate, ponendo il problema in termini di trasparenza scientifica e fornendo elementi utili all'ottenimento di condizioni di massima sicurezza ambientale-sanitaria.

Abbiamo richiamato l'attenzione su uno dei principali fenomeni responsabile delle inefficienze del processo di disinfezione: la formazione di biofilm nelle reti di distribuzione. Il biofilm, fonte di aggregazione batterica potenzialmente patogena, è di difficile monitoraggio sia durante la crescita che di eventuale distacco inducendo gli operatori del settore ad intervenire per via chimica tramite somministrazione di agenti disinfettanti per prevenirne la formazione.

Gli studi e le analisi eseguite per lo svolgimento del presente progetto ci hanno permesso di sviluppare un modello di fluidodinamica computazionale (CFD) utile alla previsione ed al controllo di biofilm presente nelle reti di distribuzione delle acque reflue affinate. Tale modello è stato validato attraverso applicazione, in scala reale, su una rete di distribuzione sita nel Comune di Fasano (Brindisi), località Forcatella, e gestita dalla Aquasoil srl.

Il progetto è stato così articolato:

• studio dello stato dell'arte inerente la gestione e l'ottimizzazione degli impianti di affinamento delle acque reflue, la formazione di biofilm nelle reti di distribuzione delle acque affinate, le cinetiche di disinfezione ed i meccanismi di propagazione ed efficacia dei diversi agenti disinfettanti, al fine di acquisire il know-how necessario allo sviluppo dell'idea progettuale;
• raccolta ed analisi critica (dati chimico-fisici, caratteri tecnici-funzionali) della rete campione da noi scelta quale oggetto di applicazione del progetto: impianto di Fasano-Forcatella;
• sperimentazione di metodi e sistemi tecnologici avanzati finalizzati al monitoraggio microbiologico responsabile della formazione di biofilm;
• successiva applicazione dell'analisi fluidodinamica computazionale ad un tratto di condotta della rete campione;
• misurazione sperimentale delle perdite di carico e del decadimento del disinfettante immesso in rete;
• confronto e validazione dei risultati ottenuti con le previsioni fornite dal software open source Epanet;
• simulazione degli scenari di funzionamento a cui la rete di distribuzione di acque reflue affinate è sottoposta durante le diverse condizioni di esercizio;
•  fasi delle indagini:

- screening della rete tramite raccolta ed elaborazione dei dati storici di consumo per utente;

- analisi mensile della distribuzione delle portate, delle pressioni, del dosaggio di disinfettante necessario (inteso come C*t) e delle concentrazioni di cloro residuo all'uscita dei diversi utenti;

- prove sperimentali eseguite su effluente affinato per rilevare il consumo del disinfettante in rete ed il grado di resistenza microbica (Escherichia Coli e Coliformi Totali);

- individuazione dei nodi della rete ritenuti più ‘svantaggiati' poiché suscettibili alla maggiore probabilità di proliferazione batterica responsabile della formazione biofilm;

• determinazione del sistema di correzione dell'impianto attraverso la specificazione del numero e dei luoghi di immissione di agenti disinfettanti utili a prevenire e/o ad eliminare la formazione di biofilm.

Al fine di una migliore visualizzazione output delle simulazioni fluidodinamiche ottenute da OpenFOAM e dei risultati numerici ottenuti, ci si è avvalsi del software Tecplot360 sviluppato dalla Tecplot Inc. società fondata nel 1981 a Bellevue, Washington. Grazie all'uso di tale software è stato possibile importare dati provenienti dal software a codice CFD, da fogli di calcolo e, di conseguenza, visualizzare facilmente le principali variabili di interesse quali iso-superfici, mesh di calcolo, vettori, streamlines, traiettorie di particelle, iso-volumi, piani di taglio, contorni continui e discreti. Si è potuto visualizzare l'output a seguito della analisi fluidodinamica del primo tratto di condotta che immette l'acqua affinata nella distribuzione evidenziando quali siano le variazioni punto per punto di velocità di flusso, delle pressioni e, soprattutto, del decadimento di cloro residuo. Tali dati hanno trovato conferma a seguito di una analisi preliminare in Epanet.

La principale variabile di input della rete di distribuzione di acqua affinata (portata ai nodi) è stata trattata stocasticamente prendendo in considerazione dati sperimentali di misure di volumi di acqua consumata mensilmente dalle diverse utenze. Per l'ottimizzazione del processo di funzionamento della rete si è fatto uso di algoritmi genetici ed in tal senso è stato necessario definire un opportuno work flow costituito da variabili di input, solver e variabili di output con relativi obiettivi. Definita la miglior strategia di incroci genetici, si è costruito il design degli esperimenti (DOE) e si è fatto evolvere la popolazione raggiungendo gli obiettivi prefissati ovvero massimizzazione delle dosi di cloro residuo in corrispondenza di alcuni nodi critici a seguito di precedente analisi.

Al termine della nostra progettazione abbiamo individuato il corretto sistema di gestione idraulica della rete di distribuzione.

Follow up

Dato il grande interesse socio-economico assunto dalle strategie di riutilizzo della risorsa idrica, non prescindibile dagli aspetti correlati alla complessa pratica di riuso delle acque reflue, riteniamo sia importante perseguire l'obiettivo di ottimizzazione dei processi integrati del settore di riuso produttivo dell'acque affinate fornendo uno strumento utile all'ottenimento di condizioni di massima sicurezza ambientale-sanitaria.

Intendiamo, altresì, promuovere il nostro servizio alle diverse aziende gestori delle reti di distribuzione presenti su territorio regionale e nazionale, forti di offrire un servizio riproducibile anche su realtà a differente scala e configurazione.

Al fine di garantire una maggior pubblicità al nostro programma, ci impegneremo a definire tutti quegli strumenti atti a fornire massima divulgazione ai risultati conseguiti come partecipazione e/o organizzazione convegni di settore e pubblicazione su rivista