6.1 Considerazioni finali e sintesi dei principali risultati raggiunti 6. Conclusioni

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Capitolo 6. Conclusioni

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6. Conclusioni

6.1 Considerazioni finali e sintesi dei principali risultati raggiunti

La presente Tesi ha come obbiettivo generale lo studio della gestione dei fanghi prodotti da impianti di depurazione di acque reflue urbane. In particolare, si ha la finalità di elaborare un modello di ottimizzazione gestionale su base matematica della filiera di trattamento fanghi. Tale ottimizzazione è volta alla minimizzazione dei costi derivanti dalla gestione dei fanghi; inoltre, un utilizzo più razionale e pianificato delle risorse a disposizione può determinare un minor impatto ambientale da parte delle operazioni connesse alla gestione dei fanghi.

Nella filiera di trattamento del fango, che prevede come principali tappe gli impianti di depurazione, le piattaforme di trattamento e le destinazioni finali, intervengono numerosi fattori. Negli ultimi tempi fra questi fattori si deve anche considerare l’evoluzione normativa in merito al recupero e smaltimento dei fanghi: tale sviluppo crea notevole incertezza agli addetti al lavoro e suggerisce quindi l’adozione di sistemi logistici “elastici” ovvero adattabili in maniera relativamente semplice ai nuovi sviluppi. Si comprende quindi come la possibilità di disporre di modelli di ottimizzazione gestionale su base matematica, supportati da opportuni codici di calcolo in grado di risolverli, possa rappresentare un valido strumento nel definire un’appropriata e razionale gestione della catena logistica dei fanghi di depurazione, i cui vantaggi possono consistere, come sottolineato, in un risparmio economico e in un minor impatto ambientale delle attività che gravitano attorno ai fanghi di depurazione.

Lo sviluppo di tali modelli è divisibile in due parti: il primo passo da compiere è la definizione del problema di partenza che costituisce la base per la fase successiva, ovvero lo sviluppo un modello in grado di “tradurre” la realtà del problema attraverso relazioni matematiche. Il modello così sviluppato, per avere una qualche utilità pratica, deve essere numericamente risolto: la risoluzione avviene tramite degli algoritmi generalmente implementati in pacchetti software, quindi attraverso mezzi informatici. L’accesso a tali software di un modello e dei dati propri del problema, avviene tramite la loro traduzione in strutture dati accessibili per un risolutore informatico: è quindi necessario scrivere il modello e i dati in uno specifico tipo di linguaggio. Dalla soluzione numerica che si ricava dal software, si deve passare ad una reale strategia. Le fasi di modellazione del problema e del passaggio dalla soluzione alla strategia, sono quelle che richiedono maggiore creatività.

I modelli sviluppati in questo studio sono due (illustrati al capitolo 4, Modelli di ottimizzazione gestionale e codici solutori) e prendono in considerazione la gestione dei fanghi di depurazione dalla produzione fino alle attività di recupero e di smaltimento. In particolare hanno l’obbiettivo di localizzare le piattaforme di trattamento del fango che minimizzazano il costo di gestione dello stesso.

Il modello A offre la possibilità di trattare in maniera differenziata i diversi tipi di fango prodotti: la separazione dei flussi di fango consente di ipotizzare diversi tipi

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157 di tecnologie e altrettanti tipi di destinazioni finali per il recupero e/o lo smaltimento dei fanghi. Considerando anche gli sviluppi normativi piuttosto restrittivi in merito alle destinazioni finali dei fanghi, conviene valutare una catena di gestione dei fanghi che preveda più tipi di attività di recupero e/o smaltimento. Il modello B, che considera invece un solo tipo di fango, è sviluppato per adattarsi al caso reale del sistema depurativo del comprensorio della Valdinievole di cui è eseguita un’applicazione numerica. In questo caso si è quindi seguito l’intero iter di modellazione precedentemente esposto: definizione del problema (obbiettivi e raccolta dati), fase di modellazione che esprime il problema tramite un’apposita formulazione matematica, scrittura del modello e dei dati del problema in uno specifico linguaggio accettato dal software utilizzato per la risoluzione numerica ed infine, il passaggio dalla soluzione numerica ad una reale strategia operativa. Si riassumono questi passaggi che rappresentano la parte centrale della Tesi.

La determinazione del problema prevede innanzitutto la definizione dell’obbiettivo che, nel caso in esame, è quello di valutare la convenienza economica nel disidratare all’interno del comprensorio della Valdinievole tutti i fanghi ivi prodotti. I dati necessari sono il costo di esercizio delle nastropresse utilizzate per la disidratazione, i costi di trasporto e le quantità prodotte da ogni impianto di depurazione presente nel comprensorio. In possesso di tali dati è agevole determinare l’attuale costo di gestione della filiera di trattamento del fango. Successivamente si effettua il confronto fra questo costo e quello che scaturisce dall’applicazione del modello di ottimizzazione gestionale. La fase di modellazione consiste nel descrivere la realtà del problema attraverso l’utilizzo di una formulazione matematica affiancata da un opportuno grafo bipartito. Tale formulazione prevede una funzione obbiettivo il cui valore deve minimizzato (contiene i termini relativi ai costi di gestione del fango) e una serie di vincoli che limitano i valori che possono assumere le variabili impiegate per descrivere il problema. Il modello B così ottenuto è a singolo prodotto ad un livello e con vincoli di capacità; generalmente sono indicati con l’acronimo SCOLCPL (single-commodity, one-level, capacitated plant location). Il software scelto per la risoluzione numerica del modello è SCIP (Solving Constraint Integer Programs) che accetta il linguaggio AMPL. Tale software offre la disponibilità di scelta fra più solutori ed in questo caso si è optato per il solutore CPLEX. L’utilizzo di SCIP è avvenuto tramite il sito Internet Neos Server che mette gratuitamente a disposizione alcuni tipi di software. La soluzione ottenuta dall’applicazione del modello B al caso in esame, prevede un costo di gestione dei fanghi analogo a quello attualmente sostenuto. Si può quindi affermare che l’attuale sistema i gestione dei fanghi è da considerare già ottimizzato.

Analizzando i costi associati al trasporto fanghi nello scenario di gestione elaborato dal modello emerge che il loro aumento, rispetto a quelli attualmente sostenuti, è dovuto agli impianti di depurazione siti nei comuni di Larciano e Lamporecchio per i quali risulta maggiormente conveniente inviare i fanghi verso Pagnana (impianto esterno al comprensorio) piuttosto che verso Pescia (impianto interno al comprensorio che la soluzione del modello prevede come piattaforma di trattamento del fango). La verifica effettuata col modello B ha quindi evidenziato che l’attuale sistema di gestione dei fanghi è ottimizzato, ma se si vuole proseguire

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158 nell’intento di disidratare tutti i fanghi prodotti nel comprensorio della Valdinievole all’interno di impianti appartenenti al comprensorio stesso, si può provare a considerare nel modello nastropresse con anche una capacità di trattamento minima inferiore a quelle prese in considerazione nell’applicazione numerica svolta (passando da due ad un maggior numero di nastropresse con diversa capacità di trattamento, il modello B dovrà essere modificato, ma ciò è relativamente semplice poiché la formulazione matematica rimane la stessa, cambia solo la sua interpretazione con il linguaggio di modellazione AMPL). Considerando infatti anche nastropresse con una capacità di trattamento minima più bassa rispetto alle precedenti, si da la possibilità al modello di attivare un maggior numero di piattaforme e quindi, essendo maggiormente sparse sul territorio della Valdinievole, si ottiene la diminuzione dei costi di trasporto. Per contro, l’aumento del numero delle nastropresse attivate comporta l’aumento dei costi di esercizio unitari delle stesse: considerando un solo costo di esercizio valevole per tutte, questo dovrà tener conto del maggior numero di personale da impiegare per il funzionamento di un numero maggiore di nastropresse. Inoltre, a parità di fango trattato, la quota di ammortamento annua è minore nel caso di nastropressa con maggiore potenzialità. In definitiva, l’aspetto economicamente negativo dovuto all’aumento del numero di nastropresse con minore capacità di trattamento, si presume che abbia maggior peso rispetto ad una più sparsa distribuzione delle piattaforme sul territorio che comporterebbe minori costi di trasporto. Il sistema di gestione dei fanghi della Valdinievole, può dunque dirsi già ottimizzato se si prende in considerazione la sola disidratazione meccanica come possibile trattamento del fango.

Per concludere questa parte sui modelli di ottimizzazione gestionale sviluppati, dall’applicazione numerica del caso in esame si evince anche che l’utilizzo di un modello gestionale, tipo il modello B sviluppato in questo studio, trova una maggiore convenienza in quei contesti in cui le quantità di fango da trattare e le distanze da percorrere per il trasporto dei fanghi sono maggiori: in tali casi allora, quando cioè si devono valutare numerose incognite e aspetti contrastanti fra loro, l’applicazione di un modello su base matematica può esser ancor più di ausilio.

Le altre parti sviluppate in questa Tesi riguardano la normativa sulle destinazioni finali dei fanghi, gli aspetti tecnici delle opzioni di recupero dei fanghi, le soluzioni tecniche per la minimizzazione della produzione dei fanghi ed infine, la stima delle produzioni di fango e la creazione di un database informatico per il comprensorio della Garfagnana. Seguono gli aspetti salienti di questi argomenti.

La normativa che tratta delle destinazioni finale dei fanghi è in rapida evoluzione: in particolare sono da valutare gli effetti prodotti sul riutilizzo agronomico e la messa in discarica.

Fra le possibili opzioni di recupero, la gassificazione e la pirolisi possono diventare importanti realtà anche per il trattamento dei fanghi.

Alcune soluzioni tecniche per la minimizzazione dei fanghi sono promettenti, ma per la loro applicabilità è richiesta ancora una maggiore conoscenza dell’efficienza e dei costi.

In merito al comprensorio della Garfagnana, si è effettuata una stima basata sui soli dati di letteratura tecnica suddivisa in base al tipo di trattamento effettuato in linea

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159 liquami. Per saggiare la bontà delle stime ottenute, esse dovranno essere confrontare con le produzioni reali di fango di alcuni impianti di depurazione. Il numero di impianti presenti nel comprensorio è elevato, quindi, per una prima fase di confronto, si dovranno scegliere a campione alcuni depuratori rappresentativi del tipo di trattamento di depurazione che effettua. La rappresentatività sarà significativamente influenzata anche dallo stato di manutenzione e di funzionamento dell’impianto. Saranno inoltre da preferire, soprattutto per quanto riguarda gli impianti a fanghi attivi, quegli impianti per cui sono disponibili alcuni parametri operativi come la concentrazione di ossigeno disciolto nella vasca di ossidazione, il grado di rimozione degli inquinanti, l’utilizzo di reattivi chimici coagulanti - flocculanti ecc. in modo da poter meglio tarare le stime anche per altri impianti. Infine, per facilitare la raccolta e l’organizzazione dei dati riguardanti sia la linea liquami che quella fanghi, si è creato un database informatico con il programma Microsoft Access del pacchetto Office per Windows.

6.2 Prospettive

Le prospettive sono rivolte all’introduzione nella filiera di trattamento dei fanghi di modelli di ottimizzazione gestionale basati su di una formulazione matematica. Sviluppando tali modelli si potrà giungere a pianificare le operazioni di trattamento, trasporto e attività di recupero e/o smaltimento dei fanghi con conseguenti risparmi economici ed anche un miglior uso razionale delle risorse a disposizione con conseguente riduzione dell’impatto ambientale dovuto alle operazioni che gravitano attorno alla filiera dei fanghi (ad esempio i trasporti).

Dall’applicazione numerica svolta per il modello B si evince che l’utilizzo di un modello di ottimizzazione gestionale, trova una maggiore convenienza in quei contesti in cui le quantità di fango da trattare e le distanze da percorrere per il trasporto dei fanghi sono maggiori: in tali casi allora, quando cioè si devono valutare numerose incognite e aspetti contrastanti fra loro, l’applicazione di un modello su base matematica può esser ancor più di ausilio. Sulla scia di quanto appena affermato, si segnala che nel Patto Regione Toscana – Cispel Confservizi Toscana (2007) che tratta della filiera di gestione dei fanghi, vi è l’intento di pianificare una comune e integrata strategia di gestione dei fanghi da parte dei sei Gestori del Servizio Idrico Integrato. In tale contesto lo sviluppo di modelli di ottimizzazione gestionali tipo quelli sviluppati nel presente studio, sicuramente più complessi, può essere un’importante strumento nella realizzazione di una gestione comune ed integrata a livello regionale.