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IA INGEGNERIAAMBIENTALE

PROTEZIONE DELL’AMBIENTE – ENERGIE RINNOVABILI

ISSN: 0394 - 58716A

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435IA Ingegneria Ambientale vol. XLI n. 6 novembre-dicembre 2012

In copertina:

Veduta aerea del depuratoredi Nosedo

Il depuratore di Nosedo sorge a sudest di Milano, in un’area compresatra la città costruita e la vasta fasciairrigua che si estende a sud, neipressi dell’Abbazia di Chiaravalle.Si tratta di un territorio ricco di va-lori paesaggistici e culturali, conun’articolata rete idrografica di rog-ge e fontanili che ha legato la suastoria al lungo lavoro di bonifica eriorganizzazione territoriale opera-to dai monaci cistercensi. Il primomodulo, iniziato nel maggio 2001per la capacità di 300.000 abitantiequivalenti è stato messo a regimedal 22 aprile 2003 (inaugurazione13 maggio 2003). L’impianto com-pleto è stato messo a regime dal 30ottobre 2004 (3 mesi di anticipo ri-spetto alle scadenze contrattuali).L’impianto rappresenta la fase con-clusiva di una complessa strutturadi raccolta delle acque reflue pro-venienti dalla zona centro-orienta-le della città di Milano e ha una ca-pacità di trattamento equivalente a1.250.000 abitanti. Il finanziamen-to dell’impianto di Nosedo è statoorganizzato con un’operazione diproject financing sostenuto da Ban-ca Intesa e The Royal Bank of Sco-tland. Il raggruppamento delle im-prese concessionarie finanzia peroltre il 50% l’opera a fronte della ge-stione per 16 anni dell’impianto chesarà poi restituito al Comune in per-fetto stato di manutenzione.

1. PREMESSANel depuratore di Nosedo ven-gono “rigenerati” ogni anno 150milioni di metri cubi di acque discarico provenienti dal bacinoscolante centro orientale dellaCittà di Milano. È il più grande deitre depuratori realizzati ed è aservizio del 50% della città di Mi-lano. La sua capacità di tratta-mento è di 1.250.000 AbitantiEquivalenti.Le acque depurate vengono re-stituite all’ambiente ad un elevatolivello qualitativo tale da rispetta-re i limiti imposti per il riuso irriguo.Lo storico consorzio irriguo Rog-gia Vettabbia si occupa della di-stribuzione dell’acqua a circa 90aziende agricole per un’estensio-ne di circa 3700 ettari.L’escursione delle temperaturedelle acque depurate nell’arcotemporale di tre anni (gennaio2009 al gennaio 2012) viene rap-presentato nel Grafico 1.

Come si può notare, il valore oscil-la da un minimo di 10°C ad unmassimo di 24°C. Il depuratore di Nosedo è ubicatonella zona sud est della città traPiazzale Corvetto e l’Abbazia diChiaravalle: a Nord Est a circa1000 metri di distanza vi sono gliedifici delle case ALER di via S.Dionigi e viale Omero; sempre acirca 1000 metri, in direzioneOvest si trova l’Ospedale IEO (Isti-tuto Europeo di Oncologia) ed è inprevisione la realizzazione delCERBA (Centro Europeo di Ri-cerca Biomedica Avanzata). Milanodepur Concessionaria perla costruzione e gestione del de-puratore di Nosedo, in collabora-zione con Metropolitana MilaneseSpa concessionaria del ciclo idri-co integrato, ha analizzato variealternative di efficientamento ener-getico e di riduzione delle emis-sioni di gas ad effetto serra.Come fonte energetica sono sta-te presi in considerazione: i fan-ghi da depurazione (fonte di ener-gia rinnovabile) e l’acqua depu-rata.In una prima fase MetropolitanaMilanese è stata promotrice di uno

SOSTENIBILITÀ ED EFFICIENZA ENERGETICADALLE ACQUE DI SCARICO DEPURATE –CASE HISTORY DI MILANO NOSEDO

R. Mazzini, G. Davoglio *

* Ing. Roberto Mazzini PresidenteMilanodepur S.p.A. ([email protected]); Ing. Guido Davoglio Di-rettore Tecnico Tekser S.r.l. ([email protected]).

Grafico 1 – Andamento temperatura acque depurate

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436 IA Ingegneria Ambientale vol. XLI n. 6 novembre-dicembre 2012

studio coordinato che poneva si-nergicamente l’applicazione dellatecnologia della pompa di caloreper il recupero di calore a bassaentalpia sia dalle acque di scaricoche dall’acqua captata nelle cen-trali di potabilizzazione decentra-

te nell’area cittadina, il tutto fina-lizzato alla produzione di acquacalda a 90°C idonea per effettua-re teleriscaldamento.I ragguardevoli recuperi termicifattibili sulle acque di scarico de-purate, i benefici ambientali con-

seguenti in termini di riduzionedelle emissioni di CO2 ( nonquantificabili PM10 e nano parti-celle) hanno portato la conces-sionaria della gestione del Depu-ratore di Nosedo ad allargare losguardo nei dintorni del depura-tore stesso per approfondire tec-nicamente i fabbisogni di poten-ziali utenti di energia termica e fri-gorifera quali l’ospedale IEO e ilCERBA.Come consulente tecnico per que-sta attività è stata scelta la socie-tà Tekser, consulenti per l’impian-tistica del CERBA.

La nota che segue intende pro-porre alcuni possibili scenari con-nessi allo sfruttamento energeticodelle acque reflue trattate dal de-puratore di Milano-Nosedo.Sarà illustrato in particolare unprogetto pilota appena realizzatoall’interno del sito del depuratoreche potrebbe aprire nuove pro-spettive se esteso ad un più am-pio bacino d’utenza.

Fig. 2 – Localizzazione del depuratore e delle potenziali utenze

Fig. 1 – Acque depurate dopo disinfezione

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Fig. 3 – Localizzazione edifici e decantatori finali primo modulo

Edificio Servizi Decentrati e Rappresentanza

Edificio Servizi Generali

Decantatori finali primo modulo(punto di posizionamento)pompe trasferimento acque depurate

Fig. 4 – Pompe di trasferimento acque depura-te alla centrale ubicata nell’edificioservizi generali Fig. 5 – Centrale pompe di calore

2 RIQUALIFICAZIONE ED OTTI-MIZZAZIONE ENERGETICADELL’IMPIANTO DI CLIMATIZ-ZAZIONE

Nel sito del depuratore di Nosedosono presenti acque reflue depu-rate, rese disponibili a fine ciclodal depuratore, sfruttabili comepozzo termico in accoppiamentocon unità a pompa di calore perla climatizzazione degli ambienti.Le acque depurate hanno tempe-rature variabili tra un minimo di+10°C con clima rigido invernale(es. nevicata) ed un massimo di+24°C nel periodo estivo, risulta-no pertanto attraenti nell’ottica delloro sfruttamento in impianti di cli-matizzazione, consentendo si-gnificative ottimizzazioni sotto ilprofilo dei consumi energetici siarispetto ad impianti di generazio-ne termica e frigorifera tradizionali(tipicamente generatori di calorea gas metano e gruppi refrigera-

tori d’acqua con condensazionead aria) sia nei confronti di pom-pe di calore aria/acqua, forte-mente dipendenti dalle condizio-ni climatiche essendo in tal casoil pozzo termico costituito dall’ariaesterna.Lo sfruttamento delle acque depu-rate può infatti essere a tutti gli ef-fetti assimilato a fonte rinnovabiledi energia, poiché nel funziona-mento in riscaldamento a pompadi calore esse costituiscono unpozzo termico, meno affetto dallecondizioni atmosferiche rispetto al-l’aria, dal quale estrarre calore (nonaltrimenti riutilizzabile) mediante illavoro del compressore entro unciclo frigorifero (a fronte di 1kWelettrico assorbito possono essereottenuti circa 4,5kW termici).Nella climatizzazione estiva inol-tre la disponibilità di acque depu-rate consente la condensazionead acqua anziché ad aria sulle

medesime unità, ottenendo valo-ri di efficienza energetica decisa-mente superiori rispetto a gruppifrigoriferi di taglia corrispondentema con condensazione ad aria.In tale contesto è stata pertantoadottata la tecnologia ormai ma-tura delle unità a pompa di calorea inversione di ciclo (capaci cioèdi agire come refrigeratore inver-tendo la “direzione” del ciclo fri-gorifero a compressione), abbi-nandola allo scambio con la fonteidrotermica disponibile in loco, leacque depurate appunto.Tale soluzione costituisce una in-cisiva misura di efficientamentoenergetico dell’impianto di clima-tizzazione a servizio dei due edi-fici esistenti in sito, rispettiva-mente:• Edificio Servizi Decentrati e

Rappresentanza;• Edificio Servizi Generali.

Fig. 6 – Schema funzionale nuova centrale con pompe di calore acqua/acqua a servizio degli edi-fici esistenti

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Per la produzione dei fluidi ter-movettori primari richiesti per laclimatizzazione estiva ed inver-nale di entrambi gli edifici è stataprevista pertanto la rimozione deigruppi a pompa di calore esisten-ti con scambio ad aria e la loro so-stituzione con altrettanti gruppi apompa di calore in esecuzione“packaged” compatta, di tipo mul-ti compressore ad acqua, conscambio da fonte idrotermica (ac-que reflue depurate).

Le unità previste a progetto risul-tano particolarmente idonee allaproduzione ad elevata efficienzain qualsiasi stagione di funziona-mento, dei seguenti fluidi termo-vettori:• nella stagione estiva: acqua re-

frigerata a 7°C;• nella stagione invernale: acqua

calda a 45°C.L’indice di efficienza energetica,cioè il rapporto tra kW termico ofrigorifero erogato per kW elettri-co assorbito dai compressori, mi-gliora sensibilmente rispetto alpreesistente impianto con scam-bio in aria come meglio eviden-ziato nella seguente tabella di raf-fronto:

Gli impianti interni esistenti di en-trambi gli edifici, essendo già pre-disposti al funzionamento conqueste temperature in quanto giàserviti da pompe di calore aria/ac-qua, non hanno subito alcun in-tervento sostanziale a valle dellacentrale termofrigorifera di nuovarealizzazione.Le acque reflue depurate sfruttatea scopo termico sono prelevate dalcanale di raccolta posto a valle del-la sedimentazione finale del primomodulo del depuratore, per mez-zo di tre elettropompe ad asse ver-ticale prolungato (una di completariserva e tutte con motore esterno)della portata unitaria nominale dicirca 11 l/s, filtrate poi meccanica-mente mediante un gruppo di fil-trazione costituito un filtro autopu-lente automatico idoneo per cari-chi elevati di solidi sospesi e con-dizioni di impiego gravose.

A valle dello scambio termico l’ac-qua è reimmessa nel punto più vi-cino ovvero nel canale di addu-zione al ricircolo miscela aerata(per portate più importanti lo sca-rico tecnicamente corretto è a val-le del punto di prelievo).I fluidi termovettori primari sonoprodotti in particolare da due nuo-ve unità a pompa di calore ubica-te nella centrale termofrigoriferadel piano terra dell’edificio Servi-zi Generali (più vicino al punto dipresa delle acque depurate); l’ad-duzione dell’acqua calda o refri-gerata alla centrale dell’edificioServizi Decentrati e Rappresen-tanza viene assicurata medianteuna rete di tubazioni di tipo prei-solato interrate in corrispondenzadel cordolo della strada di colle-gamento tra i due edifici.Per ottimizzare il funzionamentodelle due pompe di calore è statoprevisto un sistema di regolazio-ne automatica per l’inserimento incascata delle due unità, in funzio-ne del fabbisogno termico o frigo-rifero da erogare per il riscalda-mento od il raffrescamento dei dueedifici serviti.Una sonda per il rilievo della tem-peratura del fluido vettore posta

Tipologiadelle unitàa pompa di

calore

ESTATEEER

(Energy Efficien-cy Ratio)

INVERNOCOP

(Coefficientof Perform-

ance)

Aria/acqua 3,5 3,0

Acqua/acqua 5,5 4,5

sul ritorno generale dei fluidi pro-venienti dai due edifici, attraversoun regolatore di tipo digitale diret-to (DDC) provvede ad inserire o di-sabilitare in cascata il funziona-mento delle due unità. Le tempe-rature di intervento sono: 40°C nelperiodo invernale e 12°C nella sta-gione estiva. Il sistema di regola-zione provvede inoltre a gestirel’alternanza periodica di funziona-mento sia delle unità a pompa dicalore che delle elettropompe dinuova fornitura relative ai circuitisorgente, utilizzo ed acque reflue.Rispetto alla situazione preesi-stente il miglioramento dell’effi-cienza delle unità termofrigorifereconsente una riduzione dei con-sumi energetici per climatizzazio-ne stimabile in circa il 50% su ba-se annua.

3. OPPORTUNITÀ FUTURE NEL-LO SFRUTTAMENTO TER-MICO DELLE ACQUE RE-FLUE DEPURATE

Come accennato nella parte in-troduttiva, l’intervento di riqualifi-

cazione descritto in precedenzaper l’ottimizzazione energetica de-gli edifici esistenti del sito di No-sedo rende attraente lo sfrutta-mento termico delle acque refluetrattate anche nel più ampio con-testo urbano nel quale il depura-tore è inserito.Si potrebbero prospettare infattialcuni possibili scenari, in termi-ni di allestimento tecnico e po-tenze installate, connessi allarealizzazione di una nuova cen-trale di teleriscaldamento in gra-do di sfruttare le risorse disponi-bili nel sito del depuratore mila-nese di Nosedo.Il potenziale bacino d’utenza è co-stituito in prima istanza dagli edi-fici di edilizia economica-popola-re di proprietà ALER, posti nelleimmediate vicinanze del depura-tore, e in seconda fase dalla pos-sibilità di allacciare ulteriori edificipubblici o a uso pubblico (scuole,gerontocomi ecc.).Accanto a queste utenze con ne-cessità esclusivamente “termiche”(riscaldamento invernale, produ-

zione acqua calda sanitaria) è davalutare anche la fattibilità di in-terconnessione con il futuro com-plesso sanitario e di ricerca medi-ca del CERBA (Centro Europeo diRicerca Biomedica Avanzata),previsto in via Ripamonti accantoall’attuale Istituto Europeo di On-cologia (IEO). Per la rilevanza del-le dimensioni ed i fabbisogni ener-getici ad esso connessi, il CERBApotrebbe assicurare infatti un ele-vato carico di base per la centra-le di teleriscaldamento di Nosedoin qualsiasi periodo dell’anno(specie se integrata con il teleraf-freddamento).Si sottolinea come, tra gli aspettiqualificanti del PII (Piano Integra-to di Intervento) del CERBA giàapprovato dall’amministrazionecomunale di Milano, sia stato evi-denziato quanto segue: Il princi-pio informatore nella progettazio-ne integrata del nuovo centro bio-medico consiste pertanto nella ri-cerca di soluzioni innovative per ilraggiungimento dei requisiti di pro-getto minimizzando l’impatto am- IA

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Fig. 7 – Schema di principio scenario ALER+CERBA

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na bientale dell’opera nel pieno ri-

spetto dei requisiti specifici degliambienti sanitari e di ricerca.Un’attenzione particolare è stataposta quindi nello sfruttamentodelle risorse rinnovabili disponibi-li nel contesto dell’intervento, in-dividuando la cogenerazione e losfruttamento dell’acqua di falda(sorgente idrotermica per pompedi calore acqua/acqua) come lefonti primarie per la coperturapressoché integrale del fabbiso-gno termico per riscaldamento in-vernale del centro biomedico (conparziale copertura anche del fab-bisogno frigorifero per climatizza-zione estiva).L’allargamento d’orizzonte alle op-portunità, in termini di fonti rinno-vabili o assimilate, disponibili nelvicino depuratore di Nosedo, nonaltera quindi il paradigma dellastrategia energetica già illustratonel PII del CERBA, piuttosto nerafforza ulteriormente i caratterigrazie alla potenziale implemen-tazione di una sinergia tra depu-ratore e centro biomedico checonsenta lo sfruttamento di risor-se, oggi non pienamente sfrutta-te, connesse al trattamento delleacque reflue urbane.In particolare lo sfruttamento del-le acque reflue depurate comepozzo termico per unità elettrichea pompa di calore può essere rea-lizzato autonomamente e costitui-

re il cuore delle futura centrale diteleriscaldamento, abbinando ta-le tecnologia a tradizionali gene-ratori di calore a gas metano – co-me integrazione e soccorso – e aun opportuno volano termico persopperire ai carichi di picco inver-nali connessi al riavvio mattutinodegli impianti termici degli edificiserviti dalla nuova rete. L’allesti-mento della centrale di teleriscal-damento è completato da un si-stema di trigenerazione (produ-zione combinata di energia elet-trica, termica e frigorifera) ali-mentato a gas metano.

Entrando nel merito della propo-sta, l’allestimento della centrale diteleriscaldamento con pompe dicalore acqua/acqua a compres-sione elettrica e scambio da fon-te idrotermica (acque reflue de-purate) potrebbe articolarsi su duereti distinte:• una rete ad alta entalpia (man-

data acqua a 90°C, ritorno a65°C) a servizio sia delle desti-nazioni d’uso residenziali e pub-bliche;

• la seconda rete a bassa ental-pia (50°C in mandata, ritorno a35°C) a servizio del CERBA, nelquale come illustrato in prece-denza sono previsti impianti diclimatizzazione a bassa tempe-ratura; la scelta di differenziareil CERBA rispetto alle utenze

esistenti è legata alla necessitàdi massimizzare l’efficienza del-le pompe di calore per renderlaconfrontabile con quanto di-chiarato in sede di PII sugli im-patti ambientali dell’opera.

La realizzazione della centrale diteleriscaldamento potrebbe esse-re concepita per fasi in funzione diuno sviluppo flessibile e gradualedelle sue dotazioni, armonizzan-dolo al progressivo incremento neltempo delle potenze e dei fabbi-sogni delle utenze ad essa allac-ciate.

CONCLUSIONILa ricerca di nuove opportunità,specie quando orientate al mi-glioramento della sostenibilità nelcontesto preso in esame, presup-pone l’applicazione del nuovo pa-radigma della progettazione inte-grata.Essa esprime già nella sua stes-sa definizione il concetto di inte-grazione dei saperi, nel nostro ca-so essenzialmente tecnici; una in-tegrazione che orienti non soloverso un progetto coordinato masoprattutto verso precisi obiettividi sostenibilità economica ed am-bientale attraverso l’applicazionedi una visione aperta e multidisci-plinare, anziché ripiegata nell’or-to dei singoli saperi e delle tecni-che individuali di ciascun specia-lista coinvolto.Sia il progetto pilota avviato sugliedifici del depuratore di Nosedosia la prospettiva di sfruttare le ac-que reflue depurate per un ben piùampio bacino d’utenza costitui-scono un esempio concreto diquesto nuovo approccio e una si-gnificativa opportunità per dimo-strare come possa essere creato“valore” anche da un processo ditrattamento delle acque di scaricoapparentemente privo di ulterioriprospettive.

SI RINGRAZIANO• Metropolitana Milanese S.p.A.• Fondazione CERBA (Centro

Europeo di Ricerca BiomedicaAvanzata)

• IEO (Istituto Europeo di Onco-logia)


Fig. 8 – Masterplan CERBA

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