Proposal of a reference framework for asset management of sewage sludge treatment plants

The increase of the quantity of wastewater sludge is a global phenomenon in the context of population growth and adequate sanitation in large wastewater treatment plants. Sewage sludge is increasingly perceived as a resource to be taken advantage of, rather than as a waste to be disposed of. The characteristics of this material make it possible to reconcile environmental and economic sustainability with a view towards circularity. In order to proceed with the recovery and valorisation of the sewage sludge, the treatment processes and the required assets must be managed properly. Furthermore, utilities must not limit themselves to considering technology and asset investments, but must ensure the integrity and reliability of physical assets by evaluating and analyzing decisions and strategies throughout their lifecycle. Assets must therefore be managed rationally and efficiently, justifying the investment priorities in a clear and straightforward way. Effective decision-making requires a comprehensive approach allowing the incorporation of desired performance at acceptable risk levels, considering investment and operating costs. Advanced management of infrastructure assets is key to achieve and ensure adequate service levels within the wastewater treatment process. The purpose of this thesis work is to build a reference framework for utilities for asset-related decision-making process to manage sewage sludge treatment plants. On the basis of the literature and the Asset Management (AM) paradigm, a theoretical framework has been constructed which considers three main issues: i) the strategic asset-related decisions and the related drivers to be considered, classified according to the different phases of the asset lifecycle; ii) the tools and methodologies that can be used in the decision-making processes; and iii) the organizational mechanisms enabling the decision-making process. Downstream of this theoretical study, an empirical analysis was performed through a multiple descriptive case study involving six large European wastewater companies operating in urban contexts. This allowed to deepen and empirically enrich the theoretical framework. The result obtained is a reference framework that aims to be a guideline for utilities to apply the Asset Management perspective when managing treatment plants. Another important result of this research was the building of a taxonomy of costs for a Total Cost of Ownership (TCO) model that can be used by sewage sludge treatment utilities. In fact, TCO is a relevant strategic decision-making tool for AM implementation. The taxonomy was obtained by integrating the evidence about TCO collected from the literature with the cost items identified through the case study development.

L'aumento della quantità di fanghi delle acque reflue è un fenomeno globale nel contesto della crescita della popolazione e di un'adeguata igiene nei grandi impianti di trattamento delle acque reflue. I fanghi da depurazione sono sempre più percepiti come una risorsa da cui trarre vantaggio piuttosto che come un rifiuto da smaltire. Le caratteristiche di questo materiale rendono possibile conciliare sostenibilità ambientale ed economica in un’ottica di circolarità. Per procedere con il recupero e la valorizzazione dei fanghi da depurazione, i processi di trattamento e gli asset richiesti devono essere gestiti correttamente. Inoltre, le utility non devono solamente limitarsi a considerare gli investimenti di tecnologie e asset, ma devono garantire l’integrità e l’affidabilità degli asset fisici valutando e analizzando differenti decisioni e strategie durante il loro ciclo vita. Gli asset devono quindi essere gestiti in modo razionale ed efficiente, giustificando le priorità di investimento in modo chiaro e diretto. Un processo decisionale efficace richiede un approccio globale che consenta di incorporare le prestazioni desiderate a livelli di rischio accettabili, considerando i costi di investimento e operativi. Una gestione avanzata degli asset delle infrastrutture fognarie è fondamentale per raggiungere e garantire adeguati livelli di servizio all’interno del processo di trattamento delle acque reflue. Lo scopo di questo lavoro di tesi è di costruire un framework di riferimento per le utility per il processo decisionale relativo alla gestione degli asset degli impianti di trattamento dei fanghi da depurazione. Sulla base della letteratura e del paradigma dell’Asset Management (AM), è stato costruito un framework teorico che considera tre questioni principali: i) le decisioni strategiche relative agli asset e i relativi driver da considerare, classificati in base alle diverse fasi del ciclo di vita degli asset; ii) gli strumenti e le metodologie che possono essere utilizzati nei processi decisionali; e iii) i meccanismi organizzativi che consentono il processo decisionale. A valle di questo studio teorico è stata eseguita un'analisi empirica attraverso un caso studio descrittivo multiplo che ha coinvolto sei grandi aziende europee di acque reflue che operano in contesti urbani. Ciò ha permesso di approfondire e arricchire empiricamente il framework teorico. Il risultato ottenuto è un framework di riferimento che mira ad essere una linea guida per le utility per applicare la prospettiva Asset Management nella gestione degli impianti di trattamento. Un altro importante risultato di questa ricerca è stata la costruzione di una tassonomia dei costi per un modello di Total Cost of Ownership (TCO) che può essere utilizzato dalle aziende di trattamento dei fanghi da depurazione. Infatti, il TCO è uno strumento decisionale strategico rilevante per l’attuazione dell’AM. La tassonomia è stata ottenuto integrando le evidenze del Total Cost of Ownership raccolte dalla letteratura con gli elementi di costo identificati attraverso lo sviluppo del caso studio.