Progettazione ottimale delle reti di riutilizzo dell'acqua nelle città attraverso lo sviluppo e il test di strumenti di supporto alle decisioni

npj Clean Water volume 6, Numero articolo: 23 (2023) Citare questo articolo

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La scarsità d’acqua e la siccità sono un problema crescente in molte parti del mondo. Nel contesto dei sistemi idrici urbani, la transizione verso la circolarità può implicare il trattamento e il riutilizzo delle acque reflue. La pianificazione e la valutazione dei progetti di riutilizzo dell’acqua richiedono che i decisori valutino i costi e i benefici di scenari alternativi. Gli approcci manuali o semiautomatici sono ancora una pratica comune per la pianificazione delle reti di distribuzione dell’acqua potabile e recuperata. Questo lavoro illustra uno strumento di supporto alle decisioni che, basato su fonti di dati aperte e teoria dei grafi accoppiati ad algoritmi di ottimizzazione greedy, è in grado di calcolare automaticamente la rete idrica bonificata ottimale per un dato scenario. Lo strumento fornisce non solo la quantità massima di acqua recuperata servita per unità di costo investito, ma anche la lunghezza e i diametri dei tubi richiesti, l'ubicazione e le dimensioni dei serbatoi di stoccaggio, la popolazione servita e i costi di costruzione, ovvero tutto ciò che è previsto la stessa architettura. L’utilità dello strumento è illustrata in due città diverse ma complementari in termini di dimensioni, densità e topografia. Si stima che il costo di costruzione della rete ottimale di recupero dell’acqua per una città di circa 100.000 abitanti sia compreso tra 0,17 e 0,22 €/m3 (per un periodo di ammortamento di 30 anni).

Le risorse idriche sono limitate e distribuite inegualmente nello spazio e nel tempo. La scarsità d’acqua e la siccità rappresentano un problema crescente in molte aree, almeno stagionalmente, in termini di intensità e frequenza1. Il turismo è stato riconosciuto come uno dei settori che consumano più acqua a livello locale, regionale e globale2,3, poiché la sua vitalità e sostenibilità dipendono da un’adeguata quantità e qualità dell’approvvigionamento idrico4.

Nel contesto dei sistemi idrici urbani, la transizione verso la circolarità e la riduzione al minimo del consumo di acqua potabile richiede la riprogettazione delle infrastrutture idriche, compreso il trattamento delle acque (reflue) e il riutilizzo dell’acqua5. Le acque reflue trattate possono essere utilizzate per scopi non potabili, tra cui l’irrigazione, lo sciacquone dei WC, il lavaggio delle automobili, la pulizia e gli usi industriali6, dove le tecnologie appropriate dovrebbero essere attentamente selezionate. La legislazione UE (UE 2020/741) stabilisce requisiti minimi, in particolare per il riutilizzo dell’acqua in agricoltura. Tuttavia, non regolamenta specificamente il riutilizzo dell’acqua nelle strutture turistiche o il riutilizzo dell’acqua per usi urbani generali, come lo scarico dei WC. La Spagna è uno dei soli cinque paesi europei, oltre a Cipro, Grecia, Francia e Italia, ad aver implementato un regolamento nazionale giuridicamente vincolante sul riutilizzo dell’acqua (RD 1620/2007). Il regolamento spagnolo sul riutilizzo dell’acqua, infatti, è attualmente il regolamento nell’UE con il maggior numero di applicazioni ben definite di riutilizzo dell’acqua, compresi lo scarico dei WC e l’irrigazione dei giardini. Oltre all’Europa, anche altri paesi in tutto il mondo, come Stati Uniti, Australia, Singapore e Sud Africa, consentono l’utilizzo dell’acqua depurata nelle città e specificamente per usi domestici. Inoltre, si prevede che sempre più paesi considereranno presto il riutilizzo dell’acqua come una risorsa alternativa affidabile. Diversi comuni spagnoli (ad esempio Sant Cugat del Vallès) hanno promosso il riutilizzo dell'acqua negli edifici a più piani7,8. Tuttavia, le applicazioni sono ancora molto limitate e le informazioni correlate sono in gran parte carenti in letteratura.

Il riutilizzo efficiente e sostenibile dell'acqua richiede progetti fattibili di riutilizzo dell'acqua (ad esempio, impianti di trattamento dell'acqua e distribuzione a potenziali usi). La pianificazione e la valutazione dei progetti di riutilizzo dell'acqua richiedono che i decisori rispondano a una serie di domande riguardanti questioni quali: (i) il miglior trattamento terziario/avanzato da implementare, (ii) il numero di usi/utenti in città (ovvero, quanto le acque reflue devono essere recuperate) e (iii) come selezionare la rete di distribuzione idrica ottimale. La risposta a queste domande richiede di considerare diverse sfide (ambientali, economiche) e tecnologie per il recupero dell’acqua e i potenziali usi dell’acqua depurata, valutando al contempo i costi e i benefici di tutti gli scenari mediante criteri diversi.