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I nostri sistemi idrici e fognari sono costantemente sottoposti a pressione: le tempeste, sempre più intense e imprevedibili, possono travolgerli, determinando la confluenza delle acque reflue nei fiumi e nei laghi. Il miglioramento dei sistemi per il loro monitoraggio consente di intervenire tempestivamente laddove necessario, garantendo il mantenimento della qualità dell'acqua e la protezione dei cittadini.
Il progetto DWC, finanziato dall'UE, ha dimostrato come l'utilizzo di tecnologie digitali intelligenti possa consentire di monitorare le risorse idriche in modo più efficiente e tempestivo. Prima del suo svolgimento, l'adozione di queste tecnologie era stata limitata dalla mancanza di casi aziendali validi e di evidenze concrete che ne provassero l’efficacia.
Dimostrare il valore aggiunto della digitalizzazione
Il progetto ha riunito cinque grandi città europee, ovvero Berlino, Copenaghen, Milano, Parigi e Sofia, in qualità di banco di prova per lo sviluppo di nuove soluzioni di monitoraggio. «Queste città si trovano dinanzi a sfide diverse da affrontare», spiega Nicolas Caradot, coordinatore del progetto e ricercatore presso l’istituto tedesco Kompetenzzentrum Wasser Berlin. «L'idea era quella di identificare e sviluppare soluzioni in grado di risolvere questi problemi specifici.»
Una delle sfide principali da affrontare nei centri urbani in cui sono presenti infrastrutture più vecchie concerne il fatto che i sistemi fognari e di drenaggio delle acque piovane operano spesso in congiunto, con il possibile risultato che le acque reflue vengano rilasciate nei fiumi durante le tempeste, come è accaduto durante i Giochi olimpici di Parigi, quando è stato necessario riprogrammare le gare di nuoto nella Senna a causa della contaminazione idrica.
Per le città che hanno preso parte al progetto, le questioni principali hanno riguardato la necessità di una migliore gestione dei flussi della rete fognaria durante le tempeste, il monitoraggio della qualità dell'acqua dei fiumi, l'ottimizzazione dei costi operativi e degli investimenti per la manutenzione, nonché il trattamento e il riutilizzo sicuro delle acque reflue urbane per l'irrigazione agricola.
«Queste sono state le principali sfide che abbiamo identificato», spiega Caradot. «Abbiamo quindi riunito 15 innovatori e lavorato allo sviluppo di soluzioni digitali, che abbiamo successivamente testato in almeno una delle nostre città con l’obiettivo di mettere in evidenza nella pratica il valore aggiunto offerto dalla digitalizzazione.»
Un collaudo di successo dei sistemi automatizzati
Tra le soluzioni collaudate con successo figura un sistema di sensori che informa quasi immediatamente gli operatori nel caso vi sia un rischio di contaminazione dell'acqua, testato nella Senna a Parigi, oltre che a Berlino e Milano.
«Prima dello sviluppo di questa innovazione, era necessario portare i campioni in laboratorio e aspettare 24 ore per ottenere i risultati», aggiunge Caradot. «Grazie alla nostra tecnologia, il risultato è ora disponibile nel giro di poche ore, direttamente in loco.»
Un limite fondamentale che affligge i metodi di laboratorio convenzionali è la loro incapacità di misurare accuratamente le concentrazioni batteriche negli approvvigionamenti idrici urbani, il che li rende inadatti a eseguire valutazioni del rischio microbiologico nelle aree interessate dall'inquinamento delle acque reflue in città.
Il nuovo sensore affronta questo problema fornendo sia la conta dei batteri indicatori planctonici (fluttuanti) sia quella completa dei batteri indicatori fecali (compresi quelli aggregati nelle particelle fecali), consentendo di effettuare valutazioni del rischio più accurate e di garantire una migliore tutela della salute pubblica.
Per accompagnare questo lavoro, il team del progetto ha inoltre sviluppato un sistema di allerta precoce basato sull'apprendimento automatico al fine di migliorare la gestione delle acque di balneazione. Il sistema è stato in grado di prevedere la qualità dell'acqua con alcuni giorni di anticipo offrendo un livello di accuratezza pari al 95%; per di più, ha consentito di avvisare tempestivamente in merito al degrado della qualità idrica. «Abbiamo raccolto dati su caratteristiche quali le precipitazioni, i flussi di acque reflue e la qualità del trattamento per poi applicare un algoritmo di apprendimento automatico allo scopo di prevedere la qualità idrica, limitando la necessità di misurazioni fisiche», spiega Caradot.
Per quanto riguarda la rete fognaria, è stata sviluppata una soluzione di monitoraggio a basso costo intesa a permettere agli operatori di monitorare un gran numero di versamenti combinati di acque di scolo, nonché una serie di sensori volti a risolvere i problemi di connessione tra i sistemi fognari e quelli di drenaggio delle acque piovane.
Contribuire a definire le politiche future
Dal suo completamento, gli strumenti sviluppati dal progetto sono già stati utilizzati in varie parti d’Europa; tra questi, un sistema di allerta precoce per il riutilizzo sicuro dell'acqua in agricoltura, attualmente in uso in Italia. A Copenaghen, invece, è in funzione un sistema di supporto alle decisioni basato su algoritmi che permette di realizzare una migliore gestione delle acque meteoriche.
«Nell’ambito di questo progetto sono state inoltre sperimentate alcune soluzioni che non erano pronte per essere immesse sul mercato, ma che hanno comunque messo in evidenza un grande potenziale», osserva Caradot. «Tra queste figurano i sensori enzimatici per il monitoraggio della qualità dell'acqua e il sistema di allerta precoce basato sull'apprendimento automatico per la qualità delle acque di balneazione.»
Caradot e la sua équipe stanno attualmente presentando domanda per ottenere ulteriori finanziamenti dall'UE con l’obiettivo di integrare queste due innovazioni, ovvero i sensori di qualità dell'acqua e la modellizzazione computerizzata, per immettere sul mercato uno strumento combinato. «Stiamo altresì cercando di applicarlo anche in altri campi, come l'acquacoltura, l'agricoltura e il settore relativo alla protezione dell'acqua potabile», aggiunge.
Il progetto DWC ha lavorato a stretto contatto con altre iniziative finanziate dall'UE, tra cui SCOREwater e Fiware4Water, al fine di garantire un impatto duraturo sul monitoraggio della qualità dell'acqua in Europa, portando anche alla pubblicazione di un documento programmatico che identifica le lacune legislative e offre raccomandazioni chiave. «Si tratta di un documento di riferimento non solo per noi, ma anche per altri ricercatori e responsabili politici», afferma Caradot, che conclude: «L'obiettivo è quello di contribuire alla definizione delle future politiche.»