Il ciclo idrico integrato della città di Reggio Emilia

Il modello sviluppato dalla NTNU, è stato applicato al sistema idrico (potabile) della città di Reggio Emilia che è alimentato esclusivamente da risorsa idrica sotterranea estratta trami- te pozzi. L’acqua estratta da diversi campi pozzi necessita di trattamento, quindi viene in- viata a un impianto di depurazione di tipo biologico per rimuovere ferro, manganese e tor- bidità senza l’uso di prodotti chimici. La disinfezione viene realizzata con il dosaggio di biossido di cloro. L’acqua, così trattata nel rispetto dei requisiti di potabilità, viene immessa nel sistema di adduzione primaria e, successivamente, nella rete di distribuzione che la in- via alle utenze.

Le acque reflue, provenienti da abitazioni private, siti industriali, centri urbani, strade e aree pubbliche, sono raccolte dal sistema fognario e convogliate agli impianti di depura- zione anche attraverso scarichi e centrali di sollevamento. Impianti di tipo biologico, carat- terizzati da elevate capacità depurative, trattano quasi tutta l’acqua reflua scaricata in fo- gnatura. Il processo di depurazione segue due linee: la linea acque, per il trattamento atto alla depurazione del refluo e la linea fanghi, per il trattamento, trasformazione e smalti- mento dei fanghi, cioè il materiale residuo delle diverse fasi di depurazione.

2.3.1. Dati di input

Per poter utilizzare il modello metabolico della NTNU e quindi, attraverso la simulazione, ottenere i risultati in termini di consumi energetici e di impatto ambientale, è necessario di- sporre di determinati dati di input. Tutti i dati sono stati forniti da IREN S.p.A., ente gestore del sistema idrico di Reggio Emilia.

In Figura 3 si riportano i dati generali riguardanti anno di analisi, popolazione residente, popolazione servita dai sistemi idrico e fognario, domanda d’acqua, fattore di emissione del mix energetico italiano e area della città.

Dati Generali Unità Input

Anno di analisi 2012

Città oggetto di studio Reggio Emilia

Popolazione servita dal sistema di

Acqua potabile Numero di abitanti 162117

Popolazione servita dal sistema fognario Numero di abitanti 146908

Popolazione totale residente Numero di abitanti 172833

Domanda d’acqua fornita dagli impianti

Di trattamento acque Milioni di metri cubi per anno 12,18

Fattore di emissione di gas serra del mix

Di elettricità utilizzato kgCO2-eq per GWh prodotti 531000

Area superficiale totale della città

Oggetto di studio km2 231,56

Figura 3: Dati generali della città oggetto di studio

A questi dati vanno aggiunti quelli relativi ai vari sottosistemi: caratteristiche geometriche delle reti di distribuzione e di raccolta dei reflui (lunghezza, diametro, materiali delle con- dotte), consumi di energia per gli impianti di pompaggio o per le varie fasi di trattamento (potabilizzazione e reflui) e tipi di prodotti chimici e quantità impiegata. I dati generali sugli impatti ambientali e i consumi energetici legati alla fase di produzione di materiali e prodot- ti chimici sono stati raccolti utilizzando il software SIMAPRO con il mix energetico italiano. Qualora non tutti i dati fossero disponibili ma indispensabili per la modellazione, sono state fatte delle ipotesi, che verranno precisate di seguito.

Per la fase di presa i dati si riferiscono al volume di acqua prelevato dai pozzi pari a circa

12 milioni di m3 l’anno, con un consumo di energia, per il pompaggio di acqua dalla fonte

agli impianti di trattamento, di 4 GWh/anno.

Nella potabilizzazione delle acque prelevate dalla fonte, i trattamenti cui è sottoposta la ri- sorsa idrica che sono, in sintesi, filtrazione e disinfezione. I consumi energetici per i trat- tamenti e per il pompaggio sono, per l’anno 2012, di 1,04 GWh. Il quantitativo dei reagenti utilizzati per la fase di trattamento è di 15.176 kg di acido cloridrico e di 122.208 kg di

clorito di sodio. Tra i parametri relativi alle caratteristiche dell’acqua trattata (ph, torbidità,

coliformi batterici e materia naturale organica) rispetto a quelli dell’acqua prelevata alla fonte, si osserva che si ha un grado di rimozione dei metalli pesanti del 90% e della torbi- dità di circa il 50%.

L’acqua trattata viene quindi immessa nella rete di distribuzione. Per questa fase si sono

raccolti dati relativi alla portata che entra in rete (12,18 m3/anno), consumi energetici per il

pompaggio, l’istallazione, la riabilitazione, le attività operative, di mantenimento e smantel- lamento delle condotte. Altre informazioni raccolte sono quelle relative alla lunghezza delle condotte installate e riabilitate durante l’anno e le caratteristiche fisiche dell’intera rete esi- stente, in termini di lunghezze, masse, classe di diametro e materiale. Potendo disporre del solo dato di lunghezza delle condotte sostituite durante l’anno (2870 m), si è ipotizzato di suddividerlo in proporzione alle classi di materiale. Considerando un tasso di fallanza (rotture/km per anno) valutato sulla base di dati relativi al 2009 e al 2010, è stato calcolato il consumo di energia connesso alle operazioni di manutenzione (trasporto materiale, sca- vo trincea e rinterro). Si è tenuto conto del consumo energetico di una reale operazione di ripristino di una condotta rappresentativa dell’intera rete, ossia il PVC DN 90.

Le acque reflue scaricate dai consumatori entrano nella rete di trasporto dei reflui, con l’aggiunta eventualmente di acqua meteorica e con la necessità di ulteriori trattamenti, per

un volume totale di 17.897 milioni di m3 l’anno. I dati necessari per l’analisi del seguente

sottosistema sono analoghi a quelli della rete di distribuzione, solo che in questo caso si riferiscono alla rete di raccolta dei reflui.

La fase successiva analizzata dal modello si riferisce al trattamento meccanico e chimico dei reflui per renderli adatti al rilascio nell’ambiente. I dati di input sono simili a quelli della fase di trattamento per la potabilizzazione, ma con un numero maggiore di variabili. I pro- dotti chimici impiegati sono cloruro ferrico e metanolo in quantità pari, rispettivamente, a

400.000 kg e 200.000 kg. 2.3.2. Risultati

Il modello metabolico, sviluppato dalla NTNU, attraverso i dati di input sopra descritti, resti- tuisce dei risultati in termini di consumi energetici e di impatto ambientale. Questi risultati sono stati valutati per ciascun sottosistema e per l’intero sistema idrico, in modo tale da poter stabilire quale fase sia quella più dispendiosa energeticamente o più impattante sull’ambiente e quindi valutare le possibili strategie di miglioramento.

Le categorie d’impatto costruite utilizzando come paradigmi principali ecologia, salute, ri- sorse e riflessi sociali, vengono valutate attraverso gli specifici effetti caratterizzanti;

• effetto serra: 55.38 kg di CO2 eq. pro capite, 0.58 kg di CO2 eq. per m3;

• assottigliamento della fascia di ozono: 2.17E-5 kg di CFC11 eq. pro capite, 2.37E-7 kg

di CFC11 eq. per m3;

• acidificazione: 2.87 kg di SO2 eq. pro capite, 3.11 kg di SO2 eq. per m3;

• eutrofizzazione: 8.94 kg di PO4 eq. pro capite, 8.27 E-2 kg di PO4 eq. per m3;

• formazione di smog fotochimico: 1.13E-3 kg di etilene eq. pro capite, 1.64E-4 kg di eti-

lene eq. per m3;

• tossicità per l’uomo: 8.14E2 di 1.4 kg di diclorobenzene pro capite, 7.54 di 1.4 kg di di-

clorobenzene per m3; tossicità per l’ambiente marino: 1.92E2 di 1.4 kg di diclorobenze-

ne pro capite, 4.85 di 1.4 kg di diclorobenzene per m3; tossicità per l’ambiente terre-

stre: 3.33E-1 di 1.4 kg di diclorobenzene pro capite, 3.27E-3 di 1.4 kg di diclorobenze-

ne per m3;

• consumo di risorse non rinnovabili: 1.33 kg di antimonio (Sb) eq. pro capite, 1.5E-2 kg

di Sb eq. per m3 .

Accanto a ciascuna categoria sono stati riportati i risultati dell’intero sistema, valutati su base pro capite, tenendo conto del numero diverso di persone servite dal sistema idrico di

acqua potabile e dal sistema fognario e su base di m3 di acqua specifici ai vari sottosiste-

mi. Dei risultati ottenuti si riportano a titolo di esempio i grafici relativi al consumo specifico di energia totale su base pro capite (Figura 4) e quelli relativi alle emissioni di gas serra, acidificazione e riduzione delle risorse non rinnovabili (Figura 5).

Figura 5: Emissioni specifiche di gas serra (kg di CO2 – eq pro capite), Acidificazione netta (kg di SO2 – eq

pro capite), Consumo di risorse non rinnovabili (kg di Sb eq.)

Bisogna tener presente che il consumo di energia totale è stato così valutato: per le fasi di trattamento per la potabilizzazione si è calcolato il solo consumo di energia elettrica; per la fase di distribuzione e per quella di raccolta dei reflui si è tenuto conto anche dell’energia fossile (combustibile) consumata per le operazioni d’istallazione di nuove condotte e per le operazioni di manutenzione; per la fase di trattamento dei reflui si è valutata anche l’energia sotto forma di calore che viene prodotta all’interno dell’impianto.

Dall’analisi dei risultati si è osservato che il consumo energetico maggiore è legato alla fa- se di trattamento dei reflui, mentre la fase di potabilizzazione non richiede particolari costi in considerazione della disponibilità di risorsa idrica “pregiata” (acqua di falda). L’indagine suggerisce, ovviamente, l’adozione di processi con maggiore efficienza energetica.

Gli impatti valutati tengono conto anche delle fasi di produzione dei materiali e dei prodotti chimici utilizzati in ciascun sottosistema. Si osserva che la fase più impattante è quella di depurazione.

Il modello metabolico della NTNU può anche essere utilizzato per valutare la possibilità di migliorare le prestazioni del sistema in termini di costi energetici e ambientali mediante una diversa configurazione delle varie componenti. A tal proposito, nell’ottica di una ge- stione sostenibile della risorsa idrica per preservare la fonte, e quindi per ridurre il consu- mo di acqua dolce, si è ipotizzato di destinare una parte del refluo, pari al volume di acqua

per uso non potabile di 4.277 milioni di m3 /anno a un raffinamento per consentirne

l’utilizzo irriguo. Si è ipotizzato di considerare un raffinamento della depurazione tramite fil- trazione su letto di sabbia e disinfezione a raggi UV: con un dimensionamento di massima si sono valutati i consumi di energia elettrica di ciascun sottosistema, da inserire nel mo- dello metabolico e valutare gli impatti conseguenti. Il vantaggio sta dunque nel ridurre la quantità di refluo da rilasciare nell’ambiente, trasformandoli in nuova risorsa e preservare quindi la risorsa idrica naturale.

3. Conclusioni

In questo lavoro si è eseguita l’analisi di sostenibilità del sistema idrico di Reggio Emilia, utilizzando il modello metabolico sviluppato dall’Università Norvegese NTNU. In un’ottica LCA, si sono potuti valutare i consumi energetici e le diverse tipologie di impatto per l’anno 2012 simulando tutti i flussi di risorsa, materie prime, energia ed emissioni che interessano le varie fasi del sistema dalla presa fino al rilascio dei reflui.

Lo studio può essere fatto non solo disponendo di un cospicuo numero di dati necessari per la simulazione, ma anche di informazioni di carattere generale che riguardano i vari sottosistemi, come il tipo di fonte di approvvigionamento e le tipologie di trattamento per la potabilizzazione e dei reflui.

Si è notato che la fase più dispendiosa energeticamente e più impattante è quella della depurazione.

Nell’ottica di un uso più sostenibile delle risorse, si è anche ipotizzato uno scenario di riuti- lizzo per uso irriguo di parte del volume di acqua reflua trattata, mediante un ulteriore affi- namento del refluo e valutando il rapporto costi/benefici in termini di energia e di impatto ambientale.

In definitiva lo strumento di analisi sviluppato da NTNU ha permesso di valutare le presta- zioni del sistema esistente da diversi punti di vista e costituisce uno step necessario nell’identificazione delle strategie che consentono il raggiungimento e miglioramento della sostenibilità.

4. Ringraziamenti

Si ringrazia il gruppo di ricerca NTNU/SINTEF per il supporto nelle fasi di studio e applica- zione del modello metabolico, nonché tutti i funzionari di IREN S.p.A., ente gestore del si- stema idrico di Reggio Emilia, per aver fornito i dati.

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Valutazione della sostenibilità della pratica di riciclo a freddo