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DIRTY SENSING: Un progetto per monitorare l’acqua nelle reti di distribuzione

DIRTY SENSING: Un progetto per monitorare l’acqua nelle reti di distribuzione

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Un team di ingegneri del Politecnico di Milano il 10 gennaio 2019 è stato selezionato tra i cinque finalisti del Premio Horizon 2020 "Zero Power Water Monitoring" per il progetto innovativo di una rete di nodi di monitoraggio IoT finalizzato al controllo in tempo reale della qualità dell'acqua.

Il team, invitato a Bruxelles per illustrare la soluzione innovativa davanti a una giuria di esperti, ha quindi superato la prima selezione, il cui esito finale è atteso per fine gennaio.

Per le sue importanti implicazioni ambientali e socio-economiche, nonché per la sua sperimentazione anche nel Campus Leonardo dell'Ateneo - il progetto è stato approvato e sostenuto da Donatella Sciuto (Prorettore Vicario), da Eugenio Morello (Delegato del Rettore per il Progetto di Sostenibilità Ambientale) del Politecnico di Milano e dal CEO di Romagna Acque.

 

Come nasce il progetto?

Il progetto è il risultato della collaborazione interdisciplinare tra due team di ingegneri ambientali ed elettronici del Politecnico di Milano. Il primo, guidato dalla Prof. ssa Manuela Antonelli, fa parte del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (DICA) ed ha una lunga esperienza nel campo del monitoraggio, trattamento e gestione dell'acqua potabile. Il secondo team, guidato dal Prof. Marco Carminati, afferisce al Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria (DEIB) ed è specializzato nella progettazione e realizzazione di sensori miniaturizzati.

La collaborazione su questo tema di ricerca è iniziata due anni fa, quando Manuela Antonelli, Marco Carminati e Andrea Turolla (ricercatore post-doc in ingegneria ambientale presso il DICA) sono partiti da una domanda che è diventata una vera e propria sfida: "Perché concentrarsi solo sulla misura dei parametri di qualità dell'acqua subito a valle del trattamento invece di integrare tali misure con il monitoraggio diretto della stabilità chimica e microbiologica dell'acqua lungo l'intera rete di distribuzione?".

In effetti, recenti evidenze scientifiche e tecniche hanno chiaramente evidenziato che la formazione di depositi organici (biofilm) e inorganici (calcare) nelle reti di distribuzione dell'acqua potabile è la principale responsabile dell'alterazione della qualità dell'acqua, con possibili gravi conseguenze, quali: trasmissione di malattie (ad esempio, legionellosi), potenziale tossicità per la produzione di metaboliti da parte dei batteri, deterioramento delle proprietà organolettiche dell'acqua e danni alle reti di distribuzione per bio-corrosione e intasamento.

Con questa consapevolezza il team ha iniziato a sviluppare un sensore miniaturizzato per la misura ad alta risoluzione e selettiva di depositi organici e inorganici sulla superficie delle condutture, dispositivo successivamente brevettato. Grazie a questo innovativo microsensore, nel settembre 2017, il team è risultato tra i vincitori di S2P (Switch2Product) del Politecnico, Premio istituito per promuovere il trasferimento di idee innovative in prodotti finali per il mercato. Questa è stata l'occasione per lo sviluppo del progetto "Dirty Sensing", che mira a trasformare le reti di distribuzione in infrastrutture attive e intelligenti mediante l'installazione di una rete di nodi di monitoraggio IoT per il controllo in tempo reale della qualità dell'acqua e dello stato delle tubature. Il microsensore è poi diventato il cuore di un prototipo per il monitoraggio avanzato dell'acqua, che include sensori commerciali e auto-fabbricati, per migliorarne le prestazioni, ed è alimentato da un'innovativa unità di energy harvesting, che estrae l'elettricità dal flusso d'acqua ed è controllata da algoritmi adattivi basati sull'intelligenza artificiale. Grazie a un modulo di trasmissione integrato, i dati raccolti dai sensori vengono trasmessi dalla rete IoT a un cloud server e un'unità di analisi avanzata dei dati integra informazioni e modelli in tempo reale per supportare le operazioni di gestione con funzioni multiple, ad esempio: funzioni di allerta e allarme, programmazione delle operazioni di manutenzione e ottimizzazione del processo di potabilizzazione.

Nella prima metà del 2018, la soluzione è stata dimostrata nel corso di due distinte attività in campo, rispettivamente rivolte al monitoraggio di un edificio universitario (edificio 21  del Campus Bassini del Politecnico di Milano) e di una rete di distribuzione di acqua potabile. Per quanto riguarda la prima attività, la dimostrazione è stata effettuata presso un punto di erogazione  - inaugurato il 22 marzo 2018, in occasione della Giornata Mondiale dell'Acqua - in collaborazione con il Gestore del Servizio Idrico della città di Milano (Metropolitana Milanese S.p.A.) e al supporto del Servizio Sostenibilità di Ateneo - nell'ambito del progetto Città Studi Campus Sostenibile. Relativamente alla seconda attività, è stato installato un sistema di monitoraggio a tre nodi sulla rete di distribuzione di acqua potabile gestita da Romagna Acque - Società delle Fonti S.p.A., in regione Emilia-Romagna. In entrambi i casi di studio i risultati hanno dimostrato che "Dirty Sensing" è una piattaforma affidabile, robusta, scalabile, adattabile e energeticamente autonoma per il monitoraggio wireless delle reti di distribuzione idrica a diverse scale.

Nel frattempo il team sta procedendo allo sviluppo tecnologico della soluzione migliorando i modelli predittivi e l'attuale prototipo.