Progettazione e implementazione di un sistema logistico per la gestione degli effluenti zootecnici nell'area del bacino scolante della laguna di Venezia

This thesis deals with many of the problems which arise when designing a logistics system for handling animal wastes, having the objective of an effective future implementation of it in a perspective of traceability. The followed approach was traditional (first theoretical and then practical) and deductive (from general to specific). Therefore, this work was initially focused on a series of theoretical aspects characterizing the logistic system; subsequently, a series of technical details about the instrumentation to be installed on the carriers were defined and experimentally verified. The study of existing algorithms for the optimal location of facilities led to the proposition of a criterion for the verification of the transport routes (transport momentum) and to the design of new algorithms for wheeled carriers, accounting also the road network (GIS-based iterative approach). The possible means of transport for livestock effluents were studied from many points of view: type, transport capacity, power consumption, and, finally, also their environmental impedance. A broad overview of the market of tractors and trailers allowed to parameterize the characteristics of these vehicles (mass, power, cost, transport capacity), abstracting the average characteristics and then freeing the analysis from a particular brand or model. The possibility of moving the liquid manure through an infrastructural network, consisting of pipes and pumping stations, was also examined; advantages and disadvantages of this solution were highlighted with respect to a land management using exclusively wheeled vectors, even if they were, however, preferred to the pipeline network. Finally, we defined and critically analyzed the possible hardware and software architectures that a traceability system for livestock wastes should have, determining a minimum configuration of components to be installed on hauled slurry-tankers and near the slurry-collection pools. The components were tested in a series of experiments that involved several vehicles, several suppliers of satellite tracking systems and different types of probes (for monitoring: the slurry nutrient content, the moved flow rate, the slurry level in the pools). The experimentation of the components was aimed to measure their technical performance but also to verify their real usefulness within a traceability system, developing in the meantime an interpretative logic for identifying the transport operations from the data given by the sensors. With regard to the probes for measuring the slurry nutrient content, the resistance to chemical and electrochemical corrosion of different metals was tested and the calibration of a prototypal probe was carried out. Thanks to the performed surveys, it was therefore possible to define a system configuration which is very economic, reliable and simple, as well as respectful of the constraints and guidelines expressed in the 2011/721/EU Decision of 03.11.2011 (granting of the "derogation requested by Italy with regard to the regions of Emilia-Romagna, Lombardia, Piemonte and Veneto pursuant to Council Directive 91/676/EEC concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources"): - the information should be collected through satellite tracking systems, to be directly installed on the vehicles for carrying and spreading the slurry on the field, and through pressure-sensing level transmitters, to be placed in the storage pools; hence, in the proposed configuration any type of sensor for the rapid analysis of the slurry was excluded; - the processing of the collected data can be performed using different solutions (here illustrated); the configuration to be adopted can be chosen only after the institutions define a series of organizational and legal aspects (the control chain, the ownership and the access rights on the collected data).

In questa tesi si sono affrontate molte delle problematiche che si pongono nel momento in cui si progetta un sistema logistico per la movimentazione dei reflui da allevamento, avendo come obiettivo la sua effettiva futura implementazione in un'ottica di tracciabilità . L'approccio seguito è stato di tipo tradizionale (teorico e successivamente pratico) deduttivo (dal generale al particolare) ed ha quindi riguardato inizialmente la disanima di una serie di aspetti teorici caratterizzanti il sistema logistico in quanto tale, per poi giungere alla definizione di una serie di dettagli tecnici verificati sperimentalmente e riguardanti la strumentazione da installare sui vettori. Lo studio degli algoritmi esistenti per la localizzazione ottimale dei centri di conferimento ha portato alla proposizione di un criterio per la verifica dei tragitti di percorrenza dei trasporti (momento di trasporto) e alla concezione di nuovi algoritmi che tengano conto anche della rete stradale per i vettori su ruote (approccio iterativo GIS-based). I possibili mezzi di trasporto per gli effluenti zootecnici sono stati studiati dal punto di vista della tipologia, delle capacità  di trasporto, della potenza assorbita ed infine anche della loro impedenza ambientale. Un'mpia panoramica sul mercato dei trattori e dei rimorchi ha permesso di parametrizzare le caratteristiche di questi veicoli (massa, potenza, costo, capacità  di trasporto), astraendone delle caratteristiche medie e quindi svincolando l'analisi da una particolare marca o modello. Sempre nell'ottica di una scelta progettuale di massima dell'intero sistema logistico si è inoltre vagliata anche la possibilità di movimentazione dei reflui tramite una rete infrastrutturale costituita da tubazioni e stazioni di pompaggio, evidenziandone vantaggi e svantaggi nei confronti di una gestione facente uso esclusivo di vettori su gomma, comunque preferita alla rete di tubazioni. Infine, si sono definite ed analizzate criticamente le possibili architetture hardware e software che un sistema preposto alla tracciabilità  dei reflui zootecnici dovrebbe possedere, mettendo a punto una configurazione minima di componenti da installare su di un carro botte di tipo trainato ed eventualmente anche sulle vasche di accumulo dei liquami posizionate presso gli allevamenti. La componentistica è stata testata in una serie di prove che hanno visto coinvolti più mezzi, diversi fornitori di sistemi di localizzazione satellitare e differenti tipologie di sonde (per la misurazione del contenuto di nutrienti nel liquame, della portata movimentata, del livello nelle vasche). La sperimentazione sui singoli componenti aveva l'obiettivo di misurarne le prestazioni tecniche ma anche di verificarne la loro utilità  nell'impostazione di un sistema di tracciabilità , mettendo a punto nel contempo una logica interpretativa per il riconoscimento delle operazioni del mezzo. Per quanto riguarda le sonde per la misurazione del contenuto di nutrienti nei reflui da allevamento, è stata testata la resistenza alla corrosione chimica ed elettrochimica di diversi metalli e si è effettuata la taratura di una sonda prototipale. A seguito del lavoro di indagine svolto è stato possibile quindi pervenire ad una configurazione del sistema improntata alla massima economicità , affidabilità  e semplicità  nonchè rispettosa dei vincoli e delle indicazioni che sono stati espressi nella Decisione 2011/721/EU del 03.11.11 (concessione della "deroga richiesta dall'Italia con riguardo alle regioni Emilia-Romagna, Lombardia, Piemonte e Veneto a norma della direttiva 91/676/CEE del Consiglio relativa alla protezione delle acque dall'inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole"): - la raccolta delle informazioni dovrebbe avvenire tramite localizzatori satellitari da installare sui mezzi destinati alla movimentazione e allo spandimento in campo dei reflui e tramite sensori di livello "ad immersione" da posizionare presso le vasche di accumulo; si è deciso di non includere nella configurazione proposta alcun tipo di sensore per l'analisi rapida dei liquami; - il trattamento delle informazioni può essere effettuato tramite diverse soluzioni; la configurazione da adottare potrà  essere scelta solamente a seguito della definizione da parte delle istituzioni di una serie di aspetti organizzativi e legali (catena di controllo, proprietà  e diritti di accesso sui dati raccolti).