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Come possono le aziende idriche ridurre gli scarichi di tracimazione? (Parte 1)

Indice dei contenuti

La riduzione degli scarichi di acque meteoriche di dilavamento è un obiettivo importante per le aziende idriche, al fine di migliorare il servizio e proteggere l'ambiente. Il raggiungimento dell'azzeramento degli scarichi nocivi per il deflusso delle acque meteoriche comporterà indubbiamente una soluzione su più fronti per ottimizzare l'efficacia dei costi e mantenere il servizio nel modo più sostenibile possibile. Prendendo come esempio il settore delle acque reflue del Regno Unito, esamineremo un rapporto governativo pubblicato di recente che delinea gli obiettivi di riduzione degli scarichi su base quinquennale.1. In questo modo si analizzano i costi delle diverse soluzioni per raggiungere l'azzeramento degli scarichi di tracimazione entro il 2050. Poiché questo rapporto presenta solo i costi di capitale e operativi (CAPEX/OPEX) per le opzioni ad alto CAPEX in modo isolato, evidenzieremo i vantaggi dell'utilizzo di una strategia congiunta. Questa si baserà sull'utilizzo di soluzioni a basso CAPEX a breve, medio e lungo termine e di una o più opzioni ad alto CAPEX. Questa strategia congiunta massimizzerebbe i benefici complessivi riducendo l'impatto ambientale, i tempi di realizzazione e i disagi per la popolazione.

Tubi e sistema di tracimazione delle acque piovane

Cosa sono gli sfioratori combinati?

Gli sfioratori di pioggia combinati (CSO) sono un elemento comune di molte reti di acque reflue. Sono destinati a fungere da valvola di sicurezza per il rilascio di acque reflue non trattate nell'ambiente naturale durante i periodi di forti precipitazioni, quando la pressione sul sistema diventa eccessiva. A causa dell'impatto ambientale, tendono a essere rigorosamente monitorati e regolamentati. In alcuni Paesi, le società idriche possono addirittura incorrere in multe significative per aver utilizzato in modo eccessivo gli sfioratori e aver creato eventi inquinanti al di fuori delle condizioni meteorologiche. Questo aspetto è ancora più evidente nel Regno Unito. Solo di recente il Ministro dell'Ambiente britannico ha proposto di innalzare il tetto delle multe per le società idriche di 1000% fino a 250 milioni di sterline (290 milioni di euro) per ogni episodio di inquinamento.1. Ciò avviene in un momento in cui le autorità di regolamentazione hanno fissato obiettivi rigorosi per le aziende idriche, eliminando l'impatto dannoso degli scarichi di tracimazione delle acque piovane entro il 2050.



L'attuale panorama dell'inquinamento idrico: pressioni, normative e obiettivi

Solo in Inghilterra ci sono circa 15.000 sfioratori di pioggia. Tuttavia, queste valvole di sicurezza vengono utilizzate sempre più spesso al di fuori dei periodi di forti piogge. Nel 2021, 90% di sfioratori hanno scaricato almeno una volta, con 5% che hanno scaricato più di 100 volte, anche in siti naturali ad alta priorità come i siti di particolare interesse scientifico e le aree di balneazione designate. Come molte reti a livello globale, le reti di acque reflue nel Regno Unito sono state messe sotto pressione da molti fattori esterni. Tra questi, il cambiamento dei modelli meteorologici dovuto ai cambiamenti climatici, l'aumento della popolazione, lo sviluppo urbano e le cattive abitudini dei consumatori che causano l'ostruzione delle pompe nella rete fognaria.

Le autorità di regolamentazione hanno recentemente pubblicato obiettivi quinquennali di riduzione degli scarichi in Inghilterra per coprire 75% di tracimazioni da pioggia in siti ad alta priorità entro il 2035 e tutte le tracimazioni da pioggia entro il 2050 (Figura 1).2. Oltre all'aumento delle multe, le autorità di regolamentazione hanno pianificato un maggiore monitoraggio per coprire 100% di tracimazioni entro la fine del 2023 e le società idriche sono state costrette a investire 56 miliardi di sterline (65 miliardi di euro) per migliorare le infrastrutture associate.

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Figura 1. Obiettivi indicativi di riduzione delle fuoriuscite che dovrebbero essere raggiunti sulla base dei dati di riferimento del 2020 (2).

Strategie per ridurre gli scarichi di tracimazione delle acque meteoriche

Per raggiungere gli obiettivi quinquennali, le aziende idriche si concentreranno principalmente sull'aggiornamento dell'architettura della rete, sull'impiego di infrastrutture verdi e sul miglioramento dell'efficienza operativa. Questo dovrà tenere conto di fattori come il cambiamento climatico che provoca estati più secche e inverni più umidi, aumentando la pressione sul sistema fognario.

Il percorso high-CAPEX per eliminare gli scarichi di tracimazione delle acque piovane

La separazione della rete fognaria combinata e la costruzione di un deposito aggiuntivo sono le due opzioni principali evidenziate nel relativo rapporto governativo. Sono le uniche opzioni in grado di eliminare l'uso delle acque meteoriche di dilavamento come soluzione unica. La separazione della rete fognaria combinata comporterebbe la costruzione di nuove fognature per le acque reflue che corrono parallele alla rete in tutto il Paese. La rete fognaria combinata verrebbe quindi utilizzata solo per le acque piovane. Per eliminare gli scarichi utilizzando l'opzione dell'aumento dello stoccaggio sarebbe necessario aumentare la capacità equivalente a 40.000 piscine olimpioniche per accogliere tutta l'acqua piovana.

Oltre a queste due opzioni principali, una terza possibilità è l'uso di sistemi di drenaggio sostenibile (SuDS). Questi sistemi deviano l'acqua piovana dalla rete fognaria filtrando lentamente l'acqua piovana nell'ambiente naturale. Questa opzione comprende varie misure, come alberi nei pozzetti, giardini pluviali ai lati delle strade e misure a livello di proprietà. Tuttavia, dovrebbe essere combinata con altre strategie per ottenere scarichi di tracimazione pari a zero.

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Figura 2. Costi totali CAPEX e OPEX annuali per le diverse strategie di riduzione dei deflussi di acque meteoriche, arrotondati ai 10 miliardi di sterline (per i CAPEX) e ai 10 milioni di sterline (per gli OPEX).

Limiti delle strategie high-CAPEX

Si calcola che tutte e tre le opzioni comportino alti livelli di spesa in conto capitale (Figura 2), lunghi tempi di realizzazione, alti livelli di carbonio incorporato (emissioni totali di CO2 associate alla costruzione del progetto).3 nonché un impatto negativo sulle bollette dei consumatori (Figura 3). Le opzioni principali presentano anche un elevato rischio di danni ambientali e causerebbero anni di interruzione della vita pubblica. Tutte e tre le opzioni comportano notevoli incertezze.

Per l'opzione di separazione completa, non sono stati effettuati calcoli del rapporto benefici-costi, del carbonio incorporato o dei costi operativi, eppure questa opzione presenta il livello più elevato di spesa in conto capitale. Il rapporto benefici-costi per l'aumento dello stoccaggio è purtroppo basso, ma i costi intrinseci di CAPEX potrebbero essere gonfiati da 30%. Inoltre, l'azzeramento degli scarichi con il solo aumento dello stoccaggio costerebbe oltre 100 miliardi di sterline (115 miliardi di euro) in più rispetto al raggiungimento di una media di sole 10 fuoriuscite all'anno con la stessa opzione (23-38 miliardi di euro). Si tratta di una differenza enorme che potenzialmente offre un grande spazio per una strategia congiunta. Per quanto riguarda l'opzione SuDS, per la quale l'analisi dei benefici e dei costi fornisce un quadro più positivo, vi sono anche delle incertezze. Ad esempio, le stime dei costi e i costi operativi significativamente più elevati ad essi associati potrebbero avere anche costi nascosti legati alle emissioni. Detto questo, i SuDS offrono grandi vantaggi ambientali per quanto riguarda l'idrologia naturale, apportando miglioramenti all'ambiente e all'ecologia e avendo un impatto positivo sulla società.

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Figura 3. Stima centrale degli aumenti annuali delle bollette dei consumatori per le diverse strategie high-CAPEX per la riduzione dei deflussi temporaleschi (arrotondata a 10 sterline).

Utilizzo di opzioni a basso costo (CAPEX) in anticipo per risolvere i problemi sottostanti e ridurre la spesa in conto capitale.

L'opzione finale proposta nel rapporto governativo è denominata "misure alternative per ridurre gli scarichi fognari ed eliminare le inefficienze della rete". È all'interno di questa opzione che si possono trovare soluzioni low-CAPEX/OPEX che sono rapide da implementare e non hanno la significativa impronta di carbonio delle opzioni high-CAPEX. Queste soluzioni vanno dalle campagne di sensibilizzazione dell'opinione pubblica volte a modificare il comportamento dei consumatori all'utilizzo di metodi analitici più orientati ai dati. Ad esempio, un approccio basato sui dati potrebbe essere utilizzato dalle squadre di manutenzione per risolvere i problemi di intasamento che, se non risolti, portano a interruzioni dell'approvvigionamento idrico e a episodi di inquinamento. Questo fornisce un'argomentazione positiva per la scelta di una strategia congiunta low-CAPEX/high-CAPEX come il modo più vantaggioso per eliminare gli scarichi di tracimazione. Le implicazioni sono molteplici:

Ridurre la pressione sul raggiungimento degli obiettivi di riduzione fin dall'inizio

In primo luogo, le opzioni ad alta spesa di capitale hanno tempi lunghi e quindi richiedono più tempo per raggiungere gli obiettivi di riduzione. L'implementazione di soluzioni di successo a basso costo in anticipo aiuterebbe a ridurre gli scarichi più rapidamente, consentendo alle aziende di raggiungere gli obiettivi in modo più rapido ed efficiente.

Riduzione dell'impatto ambientale

Esistono opzioni a basso costo (CAPEX) che possono essere attuate con livelli di carbonio incorporato relativamente minimi rispetto a tutte le opzioni ad alta spesa di capitale.3. La separazione completa e l'aumento delle opzioni di stoccaggio causerebbero un danno ambientale significativo. La riduzione dei requisiti di qualsiasi opzione ad alto CAPEX avrà anche un effetto positivo nel ridurre il carbonio incorporato degli elementi ad alto CAPEX di una strategia congiunta. Inoltre, esistono opzioni a basso CAPEX che potrebbero effettivamente ridurre le emissioni associate alle operazioni industriali, migliorando l'efficienza delle attrezzature industriali. Questo è un grande vantaggio per le aziende idriche che si muovono verso un futuro più sostenibile.

Affrontare le questioni non affrontate dalle opzioni ad alto CAPEX

Un problema nell'affidarsi alle opzioni ad alto CAPEX è che potrebbero non affrontare i problemi intrinseci del sistema che potrebbero essere la causa di eventi di inquinamento, come l'intasamento delle pompe. Per esempio, secondo l'analisi dei dati dell'Agenzia per l'Ambiente del Regno Unito4 Tra il 2015 e il 2020, le ostruzioni e i guasti agli impianti sono stati responsabili di 80% di eventi di inquinamento da tracimazione delle fognature. Solo nel 2020, la cifra era di 87%. Qualsiasi strategia congiunta scelta dovrebbe coprire tutte le cause principali degli eventi di inquinamento e dell'utilizzo dei deflussi temporali per eliminare efficacemente i CSO.

Ridurre le interruzioni della vita pubblica

Inoltre, le opzioni a basso CAPEX, una volta implementate, comporterebbero un'interruzione minima o addirittura nulla della vita pubblica. Ciò riduce l'impatto negativo che i progetti di ingegneria di ampia portata potrebbero avere sull'immagine aziendale. Riducendo i requisiti degli elementi high-CAPEX di una strategia congiunta, si otterrebbe anche un effetto positivo di riduzione delle interruzioni.

Ridurre la portata e i costi delle opzioni ad alto CAPEX

Infine, l'entità dei costi di spesa in conto capitale per le opzioni ad alto CAPEX è legata alla portata dei requisiti. Se un'opzione a basso CAPEX fosse implementata tempestivamente, anche su scala ridotta, il suo impatto sulla riduzione degli scarichi potrebbe essere rapidamente misurato ed estrapolato per stimarne l'impatto sull'intera rete fognaria. Una riduzione degli scarichi annuali con i metodi low-CAPEX implica una riduzione dei requisiti complessivi per le opzioni high-CAPEX. Questa riduzione dei requisiti porterebbe molto probabilmente a una riduzione dei livelli di investimento di capitale per gli elementi high-CAPEX di una strategia congiunta.

Ad esempio, la riduzione dei requisiti dell'opzione di stoccaggio maggiorato potrebbe ridurre i costi complessivi in modo significativo. Ciò si basa sul fatto che l'aumento del CAPEX per passare da una media di 10 fuoriuscite all'anno a zero fuoriuscite utilizzando solo lo stoccaggio maggiorato costa un fattore 3-4 volte superiore. Combinando l'aumento dello stoccaggio con un'opzione a basso costo iniziale, si potrebbe ridurre la necessità di una spesa di capitale aggiuntiva così elevata. Per quanto riguarda l'opzione SuDS, per definizione questa dovrebbe essere combinata con altre opzioni.

Conclusione

Decidere la soluzione ottimale per ridurre gli scarichi di CSO è un compito difficile e caratterizzato da molte incertezze. La strategia congiunta proposta in questo articolo si dimostrerebbe la più efficace dal punto di vista dei costi per le aziende idriche, in cui i metodi a basso CAPEX vengono implementati in anticipo e la loro efficacia viene determinata in una fase iniziale. A ciò seguirebbe un ricalcolo dei requisiti ridotti per le opzioni ad alto CAPEX e la selezione della soluzione ottimale ad alto CAPEX come parte di una strategia congiunta. In questo modo si ridurrebbe l'impatto ambientale e i disagi per la società, migliorando al contempo il servizio e le operazioni. Inoltre, si otterrebbero risultati tangibili più rapidamente e si affronterebbero alcune cause di inquinamento non coperte dalle opzioni high-CAPEX (ad esempio, l'intasamento).

In articolo 2 discutiamo l'efficacia delle opzioni a basso CAPEX in modo più dettagliato, concentrandoci sul miglioramento dell'efficienza della rete delle acque reflue. Questo potrebbe aiutare le aziende idriche del Regno Unito e del mondo a sviluppare strategie efficaci dal punto di vista dei costi per ridurre l'uso dei deflussi e gli eventi inquinanti.

Note a piè di pagina

  1. Le multe e gli obiettivi elencati in questo rapporto si applicano solo alle società idriche che operano in Inghilterra. In altri Paesi del Regno Unito esistono diversi organismi di regolamentazione del settore idrico.
  2. Le informazioni e i calcoli contenuti in questo articolo sono stati tratti principalmente dal Piano di riduzione degli scarichi di acque meteoriche di dilavamento. Ministero dell'Ambiente, dell'Alimentazione e degli Affari Rurali del Regno Unito. (agosto 2022).
  3. Non sono stati eseguiti calcoli per il carbonio incorporato per l'opzione di separazione completa, ma ci si aspetta un livello elevato di carbonio incorporato.
  4. Comprendere gli straripamenti temporaleschi: Analisi esplorativa dei dati dell'Agenzia per l'Ambiente. Ufficio nazionale di controllo del Regno Unito (2021)

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