Acqua: una cosa seria

Il dizionario Treccani definisce l’acqua come “un composto chimico di formula H2O (costituito cioè di idrogeno e ossigeno in rapporto di 2:1), diffuso in natura nei suoi tre stati di aggregazione: solido, liquido e aeriforme”. Un composto di cui gli esseri viventi non possono fare a meno e per il quale si è festeggiata il 22 marzo scorso la Giornata Mondiale. Proprio in quell’occasione l’Istat ha pubblicato un report che offre una serie di statistiche atte a delineare lo scenario nel nostro Paese per un bene descritto come fondamentale insieme ai servizi ad esso correlati, per la crescita economica, il benessere dei cittadini e la sostenibilità ambientale. E che in Italia, in riferimento alle cosiddette ‘risorse idriche’, prevede attualmente a livello normativo il cosiddetto Servizio Idrico Integrato, ossia l’insieme di quei servizi pubblici che si occupano di captazione, adduzione e distribuzione dell’acqua con destinazione d’uso civile, di fognatura, nonché di depurazione delle acque reflue. E che ai sensi del decreto legislativo n° 152/06 prevede un soggetto (gestore) che lo gestisce in un ambito territoriale ottimale. Un tema sul quale attualmente si sta lavorando in termini di riforma e il cui testo mentre scriviamo è in esame in Parlamento. In attesa di ulteriori evoluzioni su questo fronte, torniamo però alla situazione presente e al report Istat. L’Istituto fa prima di tutto notare come in Italia (dati del 2015) l’acqua prelevata per uso potabile abbia un volume pari a 9,49 miliardi di metri cubi, ossia 428 litri pro capite. Un record rispetto agli altri membri dell’Unione europea, che però deve fare nel contempo i conti con la ‘piaga’ delle dispersioni di rete: infatti ben il 47,9% di tale volume non raggiunge gli utenti finali.

Chi usa l’acqua

In Italia gli utenti finali di acqua nel 2018 contavano per 24,8 milioni di famiglie allacciate alla rete idrica comunale, con un tasso di soddisfazione del 21,3% (molto soddisfatte) e del 63,3% (abbastanza soddisfatte), maggiore al Nord che al Centro e al Sud. Soddisfazione misurata sui seguenti parametri: interruzioni del servizio, livello di pressione dell’acqua, odore, sapore e limpidezza dell’acqua, frequenza di lettura dei contatori e della fatturazione, comprensibilità delle bollette. Da notare tra l’altro che il 29,0% delle famiglie non si fidano ancora a bere l’acqua di rubinetto, un dato che risulta particolarmente elevato nelle Isole (52%) e basso nel Nord-Est (17,8%), e tenendo conto che nel 63% dei casi c’è almeno un componente della famiglia che ogni giorno beve più di un litro di acqua minerale, per una spesa media mensile (dato del 2017) di 11,94 euro, contro i 14,69 euro per la fornitura di acqua nell’abitazione. Fronte produzione, proprio sull’acqua minerale si parla invece nel 2016 di estrazioni pari a circa 16,2 milioni di metri cubi.

Agricoltura e coste

Ma l’acqua non è un bene destinato solo all’atto del ‘bere’ ma anche all’agricoltura, la quale come evidenzia il report Istat ne è in Italia proprio il maggiore utilizzatore, con oltre il 50% del volume complessivo. Ecco che per l’annata agraria 2015-2016 si parla di una superficie irrigabile, ossia attrezzata per l’irrigazione, pari a 4.123 migliaia di ettari per circa 572 mila aziende agricole. La superficie realmente irrigata è invece stata di 2.553 migliaia di ettari. Relativamente alla propensione all’irrigazione, la Lombardia guida la graduatoria con il 53,3% della superficie agricola utilizzata mentre fanalino di coda sono le Marche con il 3,4%. Più nel dettaglio delle colture, invece, il 18,6% della superficie irrigata è dedicata a mais da granella, con a seguire erbai e altre foraggere avvicendate (17,3%), fruttiferi e agrumi (12,0%) e colture ortive a piena aria (9,6%). Istat ha nel contempo approfondito nel suo report anche la qualità delle acque di balneazione, monitorate in termini di coste per il 67,8% del totale degli oltre 9.000 km che circondano la nostra Penisola e le Isole. Ecco che emerge che nel 2017 il 93,1% delle acque di balneazione nel nostro Paese hanno una qualità eccellente, tra quelle monitorate. Nel frattempo risulta effettivamente balneabile il 66,9% delle coste marine, tenendo conto di un indicatore basato sulla percentuale della lunghezza della costa balneabile rispetto alla lunghezza complessiva della linea litoranea, e quindi di fenomeni come lo scarico delle acque reflue urbane e la presenza di contaminanti oltre soglia.

L’acqua in Italia: qualche dato

Un ecosistema da curare

Acqua però non significa solo utilizzo ma anche infrastrutture, uno scenario che andremo ad analizzare in questo servizio dal punto di vista storico, tecnologico, normativo e di servizio. E che data la sua criticità va attentamente curato, anche alla luce di considerazioni come quelle contenute nel recente ‘Rapporto Accadueo by Cresme’ nel quale si sostiene come l’Italia perda sempre più acqua, fatichi a depurare le acque reflue e non sappia dove reperire le risorse necessarie per effettuare i dovuti investimenti nell’infrastruttura idrica. In particolare, se la situazione delle dispersioni in rete è davvero pesante (e si parla di un’indice di sostituzione insostenibile, vedi grafico), il ‘primo rapporto congiunturale e previsionale sull’innovazione e sul mercato delle reti, dei sistemi acquedottistici, fognari e di depurazione in Italia 2018-2020’ punta anche l’indice sulla critica condizione degli impianti di depurazione delle acque reflue, con le conseguenti sanzioni europee che il nostro Paese è costretto a pagare. Più in generale si aggiunge il fatto che in quelle regioni dove non è ancora stata del tutto attuata la riforma della governance del Servizio Idrico Integrato (Sicilia, Calabria, Campania e Molise) “la gestione risulta ancora molto frammentata e si traduce in una ridotta capacità di investimento e di programmazione”, sottolinea il testo.

Il futuro che ci aspetta

In base ai dati contenuti nel documento in esame “il Paese è alle soglie di una condizione di stress idrico e l’infrastruttura presenta tassi di obsolescenza pesanti e di sostituzione debolissimi”. Viene quindi sollecitata una decisione, con l’innovazione tecnologica che “potrebbe dare la spinta necessaria a trasformare la crisi in opportunità ma dovrebbe essere realmente funzionale alla soluzione di problemi pratici, all’ottimizzazione delle procedure, alla scelta di strategie operative per raggiungere un determinato obiettivo. In sostanza dovrebbe essere inserita in un contesto di piena consapevolezza del valore dell’acqua e delle problematiche legate ad essa”. Con tuttavia il problema delle grandi diversità esistenti tra le varie zone geografiche del Paese esistenti proprio su questo tema.

Conoscere per controllare

In queste risposte, a cura della Task Force Acqua – Gruppo Telecontrollo Supervisione e Automazione delle Reti di ANIE Automazione, approfondiamo il tema del telecontrollo e della sua evoluzione per un servizio idrico efficiente e sostenibile.

Quali sono gli elementi critici che influenzano l’operatività di un sistema idrico in termini di gestione e manutenzione, nonché di controllo operativo e di qualità del servizio nonché dell’acqua stessa fornita agli utenti finali?

L’acqua è un bene assai complesso da gestire e sempre più prezioso. Poiché si tratta di una risorsa tutt’altro che illimitata, la sua disponibilità è messa a rischio dall’aumento demografico e dalla crescente domanda, con conseguente aumento di pressione sulle infrastrutture, soprattutto nelle grandi città. Oggi confrontandosi con il resto d’Europa e del mondo, il paese mostra per il sistema idrico un complessivo stato di arretratezza tecnologica nonché di inefficienza che si ripercuote su un costo sociale per i cittadini di oggi e di domani. La presenza di un sistema tecnologico di automazione e telecontrollo degli impianti che costituiscono il ciclo dell’acqua assume un ruolo decisivo e fondamentale per la conduzione e manutenzione del sistema nonché caratterizzante della qualità del servizio. Tuttavia questa è una condizione necessaria, ma non sufficiente.
Per una utility, assoggettare e compenetrare l’utilizzo della tecnologia avanzata all’organizzazione aziendale applicata nelle aree dell’ambito territoriale gestito, completa l’investimento determinando un importante fattore di successo per la gestione ottimale dei sistemi idrici e fognari ricadenti nelle giurisdizioni di competenza, con conseguenti benefici economici.
L’utilizzo corretto, pieno e consapevole, della tecnologia benché avanzata, però, è sempre stato un fattore critico che in una organizzazione articolata e complessa come quella di un acquedotto, grande o piccolo che sia, meriterebbe maggiore attenzione di quanta se ne dedichi da sempre, soprattutto adesso nel pieno della digitalizzazione di apparati e sistemi.
Rendere efficienti e sostenibili le risorse e garantire adeguati standard di qualità nella fornitura dei servizi sono tra gli obiettivi principali della Task Force Acqua (TFA) , nata all’interno del Gruppo Telecontrollo di ANIE Automazione (l’Associazione, parte di Federazione ANIE, che rappresenta in Italia il punto di riferimento per le imprese fornitrici di tecnologie per l’automazione di fabbrica, di processo e delle reti). Le aziende che costituiscono la TFA, infatti, operano da anni nel settore e fanno dell’innovazione il pilastro della loro attività; investono in ricerca e innovazione per migliorare, attraverso applicazioni tecnologicamente avanzate, l’efficienza delle infrastrutture, consentendo un uso sostenibile delle risorse e garantendo adeguati standard di sicurezza e affidabilità. La TFA è inoltre impegnata nel mantenere un dialogo continuo con i vari attori del Ciclo Idrico Integrato (gestori, fornitori, ARERA, Amministrazione locale e centrale) allo scopo di aiutare, a tutti i livelli, l’introduzione di “best practice” che possano agevolare il percorso verso un servizio di eccellenza per il cittadino.

Come l’innovazione e le tecnologie digitali per lo smart metering, il telecontrollo, e altre ancora indirizzano tali criticità, come si sono evolute nel tempo, come funzionano e quali sono quelle che vengono adottate con maggiore frequenza e le loro caratteristiche principali e componenti in gioco, fronte acquedotti e loro destinazione (cittadini, agricoltura, ecc.), fognature, sistemi di depurazione ecc.? 

Le tecnologie IT disponibili, ancor prima dell’avvento di Internet e della digitalizzazione (Industria 4.0), sono sempre state più che pronte a supportare la gestione dei sistemi idrici, anche rispetto ad altri settori tipicamente industriali (elettrico, manifatturiero, petrolchimico, ecc.).
Come accennato è stata da sempre la gestione poco (anzi per niente) industriale dell’acqua, che ha inibito, se non impedito, l’utilizzo delle tecnologie. Quanti acquedotti in Italia e nel mondo prima dell’inizio di questo secolo (diciamo negli anni ‘90) potevano disporre di un efficiente e capillare sistema di telecontrollo, anche solo per il bilancio idrico dei sistemi di adduzione? Benché alla fine degli anni ‘90 fosse matura (anche se in notevole ritardo rispetto ai sistemi elettrici) la richiesta istituzionale e governativa di elaborare i bilanci idrici per le reti di distribuzione idrica e fognaria, quante reti potevano contare su sistemi di misurazione e telecontrollo (anche solo di monitoraggio) delle pressioni e delle portate?
Certo durante la prima decade del secolo c’è stato un impulso alla realizzazione di infrastrutture di telecontrollo, soprattutto da parte dei gestori idrici più importanti, con maggiore capacità di spesa/investimento, negli ambiti territoriali più estesi. E negli ultimi anni la digitalizzazione e le tecnologie innovative di ultima generazione hanno innescato la necessità di accelerare questo processo per una conoscenza completa dei sistemi idrici, finalizzata al totale controllo dei medesimi, anche negli ambiti territoriali meno estesi.
Da un lato lo smart metering e le nuove tecnologie telematiche (per l’acquisizione e trasmissione del dato) hanno moltiplicato il contenuto delle informazioni relative alla strumentazione di misura ed agli organi di controllo della risorsa idrica. Dall’altro il web, il cloud e tutte le tecnologie rese disponibili dalla “rete”, hanno aperto la catena dell’informazione a tutti i soggetti coinvolti nella gestione e nella fruizione della risorsa idrica: enti gestori, enti controllori, istituzioni, imprese, stakeholders, cittadini. Tutto ciò indirizza le enormi possibilità di gestione dell’acqua verso quella fruizione organica delle tecnologie, da sempre fattore critico per l’operatività dei sistemi idrici, sia internamente agli enti gestori e sia esternamente alla Smart Community, interessata alla risorsa più preziosa del pianeta.

Sempre fronte tecnologico quali sono le differenze che si possono evidenziare rispetto al passato più o meno remoto che adottava (o ancora adotta) sistemi analogici, e i confronti e ritorni possibili fronte operatività, ambiente e risparmi per gestori e utenti finali? Quali sono i dati che oggi quindi vengono raccolti ed elaborati a supporto di tali obiettivi?

Il cambio di passo apportato dalla digitalizzazione rispetto ai vecchi sistemi analogici ancora presenti e funzionanti in alcuni ambiti idrici è enorme se sfruttato appieno, e si può sintetizzare in tre direttrici:
• la produzione del dato in campo attraverso lo smart metering e le nuove tecnologie strumentali
• la trasmissione del dato e la disponibilità versatile e molteplice attraverso le nuove tecnologie telematiche
• la fruizione del dato totale ed integrata da parte di tutti i soggetti interessati, interni ed esterni all’ente gestore della risorsa idrica, attraverso la “rete”.
I sistemi così detti “analogici”, che beninteso se funzionanti ed utilizzati correttamente erano e sono ancora indispensabili per supportare la conduzione e manutenzione ottimale dei sistemi idrici, producevano in campo il dato inteso come valore ancorché ingegnerizzato di una misurazione ovvero di un evento (stato/allarme).
I sistemi “digitalizzati” più avanzati ed attuali (smart) producono il dato di campo con una serie di peculiarità che contribuiscono direttamente o indirettamente (attraverso apposite elaborazioni locali) alla gestione operativa della strumentazione e/o dell’organo che li ha prodotti, sia rispetto alla loro storia pregressa sia alla loro evoluzione futura.
Le nuove tecnologie telematiche hanno potenziato la possibilità di trasferire il dato prodotto dal campo ai centri di elaborazione e fruizione fissa e mobile, ampliandone la disponibilità diretta/grezza ovvero indiretta/elaborata dai centri di controllo verso i soggetti interessati.
Il web, il cloud, le nuove tecnologie di “rete” hanno aperto la fruizione del dato, con annessi attributi prodotti e trasmessi dal campo, non solo ai soggetti interessati al dato, ma anche alla potenziale condivisione con esperienze ed applicazioni disponibili in “rete” ed utili per la gestione ottimizzata della risorsa idrica.
Basti pensare alla possibilità di far interagire il Database prodotto da un sistema di telecontrollo con applicazioni disponibili in “rete” ed interoperabili quali: modelli matematici, SIT, GIS, DSS, ecc.
In definitiva, la vecchia “catena del telecontrollo” che legava con un’unica modalità la produzione del dato (inteso solo come valore), magari attraverso l’unico vettore disponibile presso l’impianto, alla fruizione di un unico soggetto o di un unico centro di controllo (magari isolato dalla organizzazione aziendale del gestore), si apre, con la molteplicità dei contenuti informativi prodotti dalle nuove tecnologie, alla condivisione totale ed integrata delle informazioni relative agli impianti, fondamentali per la più corretta ed ottimizzata telegestione dei sistemi idrici.
La disponibilità immediata dei dati real-time ed aggregati provenienti dall’esercizio degli impianti apporta istantanei benefici:
• all’ambiente ed all’utente finale, basti pensare alla possibilità di evitare disastri ambientali, anticipando interventi da eseguire in tal senso sui sistemi idrici e fognari
• alla gestione operativa dei sistemi idrici e fognari, in termini di tangibili risparmi economici, per effetto della riorganizzazione di un servizio di conduzione e manutenzione supportato dal corretto e proficuo utilizzo delle tecnologie avanzate.
Solo per fare un esempio di come le opportunità di integrazione dei dati nelle piattaforme web appositamente infrastrutturate possano contribuire alla ottimizzazione dei processi, citiamo il comparto della depurazione e gli impianti depurativi che sono tra i più dinamici e complessi nel ciclo dell’acqua a causa della continua variazione delle caratteristiche dei reflui e della intrinseca complessità dei processi biologici.
I moderni impianti di depurazione producono grosse quantità di dati eterogenei, ridondanti, non corretti ed a volte poco coerenti che provengono da diverse origini (sensori, analizzatori, laboratori, ecc.) che non sempre sono di facile interpretazione e talvolta rendono difficile l’attuazione di strategie di controllo.
L’integrazione di questa enorme mole di dati su piattaforme web interoperabili con applicazioni SCADA ed automazione on-line, modellazione matematica ed ottimizzazione di processo nonché sistemi di supporto alle decisioni, rappresenta oggi la frontiera dell’innovazione per la gestione futura della depurazione in termini di recupero delle risorse energetiche e riutilizzo delle acque reflue, grande tema di interesse per l’uomo nel rapporto con la risorsa più vitale ed importante: l’acqua.

Dal punto di vista di progetto e implementazione/migrazione quali sono invece i passi che devono essere compiuti inizialmente (e poi costantemente) per indirizzare al meglio la tematica, in termini di valutazioni iniziali, dimensioni delle infrastrutture, reti di comunicazione, sensori, applicazioni ecc., e quindi loro posizionamento e gestione?

Prima ancora del merito su cosa fare è assolutamente necessario definire l’approccio alla infrastrutturazione tecnologica di un Ente gestore che vuole utilizzare compiutamente la tecnologia per supportare la conduzione e manutenzione di un sistema idrico integrato. La molteplicità e disponibilità di soluzioni tecnologiche avanzate sul mercato ed in “rete” da un lato costituisce una straordinaria opportunità di crescita e di attuazione di investimenti tesi a realizzare ed attivare infrastrutture tecnologiche di telegestione adeguate alla necessità ed alle dimensioni del sistema idrico, dall’altro può diventare un pericoloso fattore di insuccesso e di spreco delle risorse se non governato consapevolmente e professionalmente.
In questo senso la tentazione del “fai da te” o del ricorrere alla soluzione più economica e più facile da reperire può essere dannosa o semplicemente inutile e (per bene che vada) insufficiente per lo scopo. Ed allora l’approccio iniziale per assicurare la buona realizzazione di un sistema di telegestione ed il buon fine dell’investimento (inclusa l’integrazione del sistema nella organizzazione aziendale per un utilizzo pieno e consapevole della tecnologia, ancorché asservito ai processi di gestione operativa dei sistemi idrici) è quello di indirizzare la scelta delle piattaforme non verso i prodotti, ma verso il sistema inteso come aggregato di infrastrutture e tecnologie innovative ed avanzate dal campo (sensori, attuatori) al centro di controllo (web, cloud, mobilità), attraverso il vettore telematico (rete di comunicazione).
Per attuare questo approccio è fondamentale per un Ente gestore individuare al proprio interno e/o all’esterno (in outsorcing) le risorse umane professionalmente abilitate, per esperienza e skill acclarati ed accertati, non solo a valutare/dimensionare le infrastrutture (di campo, telematiche, di centro) più idonee per lo scopo, ma anche a prevederne l’evoluzione per far sì che l’investimento regga l’urto della obsolescenza e dell’avanzamento tecnologico successivo. Quanto sopra è relativamente semplice nel caso di implementazione di un nuovo sistema tecnologico partendo da zero. Ben più difficile e complessa è l’operazione di adeguamento (rewamping) del sistema tecnologico esistente, per guidarne la trasformazione/migrazione verso un sistema di ultima generazione.
Da un osservatorio proprio di chi segue con attenzione lo scenario degli appalti tecnologici nel settore delle acque va detto, purtroppo, che le realizzazioni ovvero gli adeguamenti di nuove opere idriche (potabilizzatori serbatoi, camere di manovra idrauliche, impianti di sollevamento idrici e fognari, impianti depurativi, ecc.) vanno nella direzione opposta a quella indicata, prediligendo l’assegnazione dell’appalto a grandi imprese di costruzione che quasi mai demandano la realizzazione del sistema tecnologico asservito alla grande opera (in quanto irrilevante economicamente rispetto all’opera stessa) agli integratori di sistema specializzati nel settore, preparati ed abilitati ad osservare le buone regole per l’applicazione corretta della digitalizzazione 4.0 al settore delle acque. Un correttivo da adottare su scala nazionale sarebbe quello di estrapolare dalle grandi opere l’assegnazione delle infrastrutture tecnologiche per direzionarla verso i soggetti idonei abilitati a realizzarle.

Quanto è critica l’automazione oggi per la gestione degli ingranaggi e le infrastrutture che compongono i sistemi idrici e quali sono le ricadute e i vantaggi che questa può produrre, anche tenendo conto dei sistemi predittivi? Alcuni dati in tal senso?

L’automazione e la supervisione locale degli impianti operanti nel contesto di un sistema idrico (adduzione, sollevamento, distribuzione, trattamento, ecc.) è da sempre un fattore critico ma trascurato negli acquedotti dove, soprattutto nel passato (anni 80-90), era spesso caratterizzata dall’attuazione di una mera sequenza automatica di azionamenti, priva di ogni modulazione e regolazione dei processi. Da qualche tempo (prima decade 2000 -2010) l’introduzione più massiva delle nuove tecnologie di attuazione (inverter, attuatori digitali, strumentazione multiparametrica, ecc.) ha stimolato l’introduzione di tecniche di programmazione dell’automazione più consone alla necessità di regolare in continuità i processi, piuttosto che attuare sequenze di azionamento a stati discreti.
Recentemente, con l’evoluzione tecnologica della strumentazione di misura, in particolare per i processi di trattamento delle acque (potabilizzazione, depurazione, ecc.), sono sempre più disponibili sul mercato soluzioni di modellazione matematica on-line che producono output di ottimizzazione energetica e di qualità del processo. Anche in questo caso la tentazione di utilizzare queste tecnologie come soluzioni di prodotto può diventare improduttiva e pericolosa se ci si dimentica invece di integrarle in un sistema di automazione ridondante che assicuri la continuità del processamento, con algoritmi tradizionali in caso di fault della tecnologia di ottimizzazione.
Le condizioni ambientali che caratterizzano gli impianti componenti di un sistema idrico sono ben più gravose ed aggressive di quelle tipicamente industriali o petrolchimiche, e necessitano di infrastrutture di automazione ridondanti e più affidabili con più livelli di automazione, anche se meno performanti, in virtù di una dinamica propria del processo acqua ben più lenta di quella del settore elettrico e, più generalmente, industriale.
 
Fronte sicurezza degli impianti come invece viene affrontata la sfida della cybesecurity rispetto ai sistemi di telecontrollo e smart metering, e dell’apertura alle reti dati dei sistemi in generale?

Qui si apre un fronte tecnologico specifico, che solo in prima analisi può sembrare estraneo all’area di competenza delle tecnologie di cui stiamo parlando. In effetti, proprio il dominio di competenza tecnologica trasversale e multidisciplinare dei sistemi di telecontrollo ne proiettano l’evoluzione in settori sempre nuovi e con contributi innovativi. Quindi gli obiettivi chiave della Cybersecurity, ovvero integrità e disponibilità dei dati, sono requisiti prioritari affrontati dai System Integrator che realizzano sistemi di telecontrollo. “Telecontrollo” identifica, in un termine specifico e consolidato, non solo un’importante esperienza tecnologica ed applicativa che viene da lontano, ma anche l’apertura e l’utilizzo di tutte le tecnologie di punta del mondo OT (Operation Technology) ed IT (Information Technology): IoT, Big Data, Cloud Computing, Open Data, e così via.