Siti contaminati: per la decontaminazione delle acque sotterranee servono sonde di livello resistenti

Siti contaminati: per la decontaminazione delle acque sotterranee servono sonde di livello resistenti

by | Wednesday, 1 July, 2020 | acqua

Che si tratti di vecchie discariche, discariche di carbone, ex siti militari o raffinerie, ciò che resta è il terreno contaminato e questo rappresenta un pericolo per l’uomo e l’ambiente. Per la bonifica di questi posti servono sonde di livello resistenti alle sostanze pericolose aggressive spesso presenti in queste aree.

I siti contaminati non sono caratterizzati solo da alterazioni del terreno nocive per la salute e per l’ambiente. In mancanza di misure di sicurezza (come nel caso delle vecchie discariche) e a seconda delle caratteristiche del terreno, con le piogge le sostanze pericolose penetrano fino a raggiungere le acque sotterrane. In base al tipo di utilizzo è possibile riscontrare una serie di varie sostanze pericolose, tra cui: 

  • composti di metalli pesanti: rame, piombo, cromo, nichel, zinco e arsenico (semimetallo)
  • sostanze organiche: fenoli, oli minerali, benzene, idrocarburi clorurati (CHC), idrocarburi aromatici (IPA)
  • sali: cloruri, solfati, carbonati

La decontaminazione del rifornimento idrico 

Quando si parla di bonifica di siti contaminati, oltre alla pulizia del suolo sono fondamentali anche il controllo e la depurazione delle acque sotterranee. Senza l’utilizzo di sonde di livello affidabili in grado di resistere alle condizioni avverse, tutto questo non è possibile. 

Il processo di decontaminazione si svolge solitamente come segue: le acque sotterranee contaminate vengono pompate in superficie e trattate. L’acqua di risciacquo filtrata ottenuta viene quindi restituita alla fonte di contaminazione. Per fare in modo che l’acqua di risciacquo non fluisca verso uno dei siti non a contatto con la fonte di contaminazione, si utilizzano impianti idraulici attivi per l’infiltrazione sicura. L’acqua viene versata nel terreno tramite vari pozzi durante il vero e proprio processo di decontaminazione. Le condizioni di pressione che si generano formano, per così dire, una barriera facendo in modo che l’acqua di risciacquo confluisca nella fonte di contaminazione. Per guidare e monitorare questo processo servono delle sonde di livello. 

Immagine 1: svolgimento di un processo di decontaminazione

Naturalmente, le sonde di livello sono utilizzate anche al termine dei lavori di bonifica. Dopo la fine dei lavori, infatti, i siti in questione vengono monitorati ancora per molto tempo al fine di verificare eventuali cambiamenti evidenti del livello dell’acqua o della direzione del flusso. 

Inoltre, le sonde di livello sono naturalmente utilizzate anche in caso di applicazioni attive potenzialmente dannose per l’ambiente. Le discariche recenti sono costruite come una piscina impermeabile. Il livello dell’acqua sotto la discarica viene abbassato in modo che, in caso di perdite, l’acqua non possa finire nelle aree adiacenti. Anche qui occorre monitorare i rispettivi livelli d’acqua tramite le sonde di livello.  

Sonde di livello in acque contaminate: requisiti elevati 

Gli utenti che operano nel settore delle bonifiche dei siti contaminati devono procedere molto attentamente nella scelta della sonda di livello adatta. A causa del numero elevato di sostanze che possono essere disciolte in acqua, non esiste una soluzione che funzioni in modo affidabile per ogni situazione. Occorre considerare diversi aspetti che illustriamo brevemente qui di seguito: 

I materiali 

Corpo esterno 

Nella maggior parte delle applicazioni un acciaio inossidabile di buona qualità, come quello utilizzato dalla STS, è sufficiente a proteggere la cella di misura dalle sostanze aggressive. Se c’è contatto con acqua salata bisogna optare per un corpo in titanio. Nel caso in cui si prevedono effetti galvanici occorre scegliere una sonda di livello in PVDF.

Immagine 1: sonda di livello ATM/NC resistente chimicamente con corpo esterno in PVDF

Cavo della sonda 

Molto più critica della scelta di un corpo esterno adeguato è – secondo la nostra esperienza – la scelta del cavo della sonda. Per via dei processi di diffusione striscianti, il processo di deterioramento non risulta subito evidente. Spesso, anche in presenza di danni, dall’esterno non è possibile accorgersene. Pertanto, occorre prestare particolare attenzione quando si consultano le tabelle di resistenza: solitamente, infatti, riportano poche informazioni sui cavi delle sonde. Al centro di un cavo della sonda si trova un piccolo tubo di aerazione che serve per la compensazione della pressione relativa. Se il materiale del cavo non è resistente al cento per cento, gli elementi possono diffondersi attraverso la guaina del cavo e raggiungere il chip del sensore tramite il foro di aereazione. 

A seconda dei materiali previsti, gli utenti della STS possono ricorrere a cavi in PE, PUR o FEP. Quest’ultimo può essere impiegato anche in caso di temperature molto elevate fino a 110 °C.  

L’installazione 

Posa dei cavi 

Le vecchie discariche o i siti industriali sono ambienti difficili. Non sono solo le sostanze pericolose a compromettere la funzionalità delle sonde di livello impiegate. È necessario stare attenti che il rivestimento del cavo non venga danneggiato da carichi meccanici (ad es. detriti). Inoltre, anche i punti di sfregamento e piegatura devono essere evitati. Si consiglia dunque l’uso di speciali rivestimenti protettivi, come quelli offerti anche dalla STS. 

Serracavo 

La resistenza alla compressione delle sonde di livello varia da produttore a produttore. Di standard tutte le sonde della STS sono resistenti alla compressione fino a 250 metri e fino a questa profondità il cavo è progettato anche per i normali carichi della trazione. Tuttavia, in caso di condizioni di installazione difficili, gli utenti devono prendere in considerazione l’uso di un serracavo. 

Fissaggio 

In caso di utilizzo in acqua corrente o in serbatoi con agitatori, la sonda può essere fornita o di un filetto G ½ all’uscita del cavo (montaggio su tubo) o di un raccordo a compressione (15 mm). 

Protezione contro le esplosioni 

Nelle applicazioni in cui sono previste diverse sostanze pericolose, è indispensabile prestare attenzione anche alla protezione contro le esplosioni. Informazioni a tal riguardo sono fornite dalla direttiva ATEX relativa agli standard internazionali.

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Acqua, nonostante la stagione secca

Acqua, nonostante la stagione secca

by | Wednesday, 1 July, 2020 | acqua

Gli esperti di ingegneria idraulica del Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hanno realizzato una diga sotterranea con impianto idroelettrico integrato in una cavità carsica sull’isola indonesiana di Giava. Durante la stagione secca, la centrale, situata in una grotta a 100 metri di profondità sotto la superficie terrestre, fornisce acqua in abbondanza. Qui due datalogger di pressione misurano il livello dell’acqua a monte e a valle della diga di sbarramento. Il livello a monte segna  da 15 a  20 m, mentre a valle, dove l’acqua fuoriesce dalla turbina, raggiunge al massimo 2 m. 

La zona carsica Gunung Kidul, sulla costa meridionale di Giava, è una delle regioni più povere dell’Indonesia. Il terreno è troppo arido per un buon raccolto e durante la stagione secca i corsi d’acqua si esauriscono. L’acqua del periodo delle piogge si drena rapidamente, raccogliendosi in un sistema sotterraneo di grotte. Questo serbatoio naturale d’acqua è stato reso accessibile grazie alla centrale costruita nella grotta. Il fatto che persino durante la stagione secca più di 1000 litri d’acqua scorrano attraverso la grotta Bribin conferma la posizione ideale della diga. Per generare l’energia meccanica per muovere le pompe di alimentazione, al posto di complesse turbine vengono utilizzate delle pompe centrifughe a funzionamento inverso. In questo modo i cinque moduli di alimentazione operanti parallelamente sono molto economici e necessitano oneri di gestione e manutenzione molto bassi. Le pompe di alimentazione spingono una parte dell’acqua a 220 m d’altezza in un serbatoio posto su un monte, chiamato Kaligoro-Reservoir.

Con la riuscita delle operazioni di prova è stato superato il punto critico del progetto. La grotta trattiene difatti l’acqua che raggiunge il livello operativo di 15 m.

Nel marzo del 2016 l’impianto è stato affidato alle autorità indonesiane. Adesso è possibile rifornire 80’000 persone con un massimo di 70 litri d’acqua al giorno. Finora, durante la stagione secca, i cittadini avevano a disposizione soltanto da 5 a10 litri al giorno per l’igiene personale, il lavoro domestico e il bestiame. Per inciso, ogni tedesco a tale scopo utilizza in media 120 litri.

Funzione dei datalogger di pressione

I data logger misurano il livello dell’acqua a monte e a valle della diga di sbarramento.

A monte, Il livello normale è di 15 m e in caso di alluvioni può raggiungere 20 m. La sonda a valle della diga, dove l’acqua fuoriesce dalla turbina, registra livelli fino a 2 m. La scelta è ricaduta sui data logger di pressione della STS per via della loro alta resistenza ai sovraccarichi, 3 volte superiore al valore di fondo scala, dell’ alta precisione di 0,1% e della buona stabilità nel tempo compresa tra 0,1% e 0,5% FS all’anno.

I datalogger offrono campi di pressione tra 0 – 100 mbar e 0 – 25 bar e pertanto permettono misure piezometriche che vanno da 0 – 100 cmH2O a 0 – 250 mH2O. L’intervallo di misura è regolabile tra 0,5 s e 24 h. La memoria dei valori misurat,i che registra fino a 1,5 milioni di letture, e il piccolo diametro della sonda contraddistinguono questi dispositivi. Inoltre, con poche e semplici manovre, è possibile sostituire in loco le batterie al litio, normalmente in commercio.

Intervalli di registrazioni variabili ,dipendenti dalla pressione o dal tempo consentono misure flessibili. Con l’impiego di diversi materiali quali l’acciaio inossidabile,il  titanio e il cavo in  PUR, PE o Teflon permette l’impiego della sonda  in svariate applicazioni.

Oltre alla registrazione piezometrica di acque freatiche, sorgenti, pozzi, laghi o fiumi,  i data logger possono essere utilizzati per il controllo di tenuta e l’analisi  della rete di tubazioni per l’acqua.

Riferimento fonte:   Karlsruhe Institute of Technology (KIT) – Institute for Water and River Basin Management (IWG)

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La forza dell’acqua: energia rinnovabile dal mare

La forza dell’acqua: energia rinnovabile dal mare

by | Wednesday, 1 July, 2020 | acqua

L’idea di utilizzare la forza del mare per produrre energia non è nuova. La sfida è sviluppare sistemi di conversione di energia efficienti, che mantengano bassi i costi e non nuociano all’ambiente. In Italia, in questa prospettiva, con il REWEC3 è nato un progetto promettente.

Il Resonant Wave Energy Converter (REWEC3) è una tecnologia avanzata che produce energia elettrica dall’energia delle onde del mare. Nel porto di Civitavecchia è stato installato con successo il primo impianto di questo tipo. Il principio di funzionamento segue gli impianti a colonna d’acqua oscillante (OWC, Oscillating Water Columns). 

Gli OWC hanno un grosso potenziale come fonte di energia rinnovabile a basso impatto ambientale. Quando il livello dell’acqua attorno e all’interno di un OWC si alza, dall’acqua si sposta aria in una camera di raccolta, che viene spinta in lungo e largo in un sistema Power-Take-Off (PTO). Il sistema PTO trasforma il flusso d’aria in energia. Nei modelli che convertonoil flusso d’aria in corrente elettrica il sistema PTO è costituito da una turbina bidirezionale. Ciò significa che la turbina, indipendentemente dalla direzione del flusso d’aria, gira sempre nella stessa direzione, in modo da produrre energia in modo continuativo. 

L’impianto REWEC3 di Civitavecchia nasce da un progetto di ricerca dell’Università Mediterranea di Reggio Calabria e oggi viene gestito dalla società Wavenergy.it. L’impianto è costituito essenzialmente da un cassone rinforzato in cemento. Sul lato esposto al moto ondoso il cassone presenta un condotto verticale (1) collegato sia al mare tramite un’apertura (2), sia ad una camera interna (3) mediante una seconda apertura posta sull’altro lato più in profondità (4). La camera interna contiene acqua nella parte inferiore (3a) e una sacca d’aria nella parte superiore (3b). Un condotto d’aria (5) collega la sacca d’aria all’aria circostante tramite una turbina auto rettificante (6). Il movimento delle onde provoca cambiamenti di pressione all’ingresso del condotto verticale (2) e, per questo, al suo interno (1) il livello dell’acqua si alza e si abbassa. Ciò fa sì che la sacca d’aria nella parte superiore del condotto continui alternatamente a comprimersi e ad espandersi. Questi flussi d’aria nella sacca azionano la turbina auto rettificante (6).

Il principio degli impianti REWEC3 sfrutta dunque i movimenti delle onde del mare per produrre energia. L’aria nella camera d’aria viene continuamente compressa (attraverso creste d’onda) e decompressa (mediante avvallamenti d’onda), così da produrre una corrente d’aria alternata che aziona la turbina auto rettificante. Infine, tramite un generatore coassiale viene prodotta energia elettrica.

I vantaggi che l’impianto REWEC3 offre nella produzione di energia parlano da sé:

  • L’impianto non interferisce a livello visivo con il paesaggio poiché dall’esterno è difficilmente riconoscibile.
  • Attenua l’effetto delle onde e mitiga le conseguenze delle tempeste sulla costa.
  • La fauna marina non è messa in pericolo per via della posizione in superficie delle turbine.
  • Un impianto lungo un chilometro arriva a produrre 8.000 MWh all’anno.

Naturalmente, in un impianto come il REWEC3 occorre disporre di un monitoraggio delle differenze di pressione, causate dalle onde incidenti, affidabile e veloce. Dopo numerosi test i ricercatori dell’Università Mediterranea di Reggio Calabria hanno scelto le sonde di livello ad alta precisione ATM.1ST/N della STS. Fondamentale per la decisione a favore del trasmettitore di pressione ATM.1ST/N sono stati anche i tempi di risposta molto brevi di < 1ms / 10 … 90% FS e l’ottima stabilità a lungo termine su un ampio intervallo di temperatura. Anche il fatto che gli strumenti di misurazione dell’azienda STS, grazie alla loro struttura modulare, si adattano senza problemi a diverse esigenze parla da sé. Infatti, le sonde di livello ATM.1ST/N utilizzate sono state facilmente configurabili per l’impiego con i sistemi di acquisizione della National Instruments.

Fonte immagine (rappresentazione grafica REWEC3):   Wavenergy.it

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Misura della pressione idrostatica con le sonde di livello piezoresistive

Misura della pressione idrostatica con le sonde di livello piezoresistive

by | Wednesday, 1 July, 2020 | acqua

Donatore di vita, elemento di distruzione o semplicemente bevuta rinfrescante in estate, l’elemento acqua determina la vita quotidiana sulla Terra in molti modi. A causa della sua importanza è essenziale un monitoraggio sicuro di questo elemento.

Quello che non può essere misurato, non può neanche essere gestito in modo efficiente. Dalla fornitura di acqua dolce, passando per il trattamento e lo stoccaggio dell’acqua potabile, la misurazione del consumo d’acqua, il trattamento delle acque reflue fino all’idrometria, senza dei parametri di ingresso corretti non è possibile eleborarla e pianificarla in modo efficiente. Per comprendere la complessa infrastruttura idrometrica odierna sono disponibili una serie di strumenti e processi. Un classico della misura del livello dell’acqua è sicuramente l’idrometro per cui bisogna applicare un’accuratezza del +/- 1 cm e che, naturalmente, funziona ancora completamento in modo “analogico”: deve, dunque, essere ispezionato visivamente e senza la possibilità di trasmettere elettronicamente i dati. Una trasmissione da remoto dei dati misurati è resa oggi disponibile da strumenti molto più avanzati e precisi: le sonde di pressione piezoresistive per la misurazione del livello nelle acque sotterranee e di superficie. 

Misura del livello con i sensori di pressione 

I sensori di pressione per la misura del livello vengono installati sul fondo dell’acqua da monitorare. Generalmente, al contrario degli idrometri, non è possibile ispezionarli senza bagnarsi, ma questo non è affatto necessario. Le sonde di livello piezoresistive, infatti, sono state sviluppate per soddisfare le esigenze di oggi in termini di automatizzazione e controllo dei processi. Tra queste rientra ovviamente il poter misurare i livelli delle acque senza l’intervento dell’uomo, cosa che permette in primo luogo un monitoraggio continuo in luoghi difficili da raggiungere. 

Le sonde di livello idrostatico rilevano la pressione idrostatica sul fondo dell’acqua. La pressione idrostatica è proporzionale all’altezza della colonna del liquido e, inoltre, è dipendente dalla densità del liquido e dalla forza di gravità. Secondo il principio di Pascal si ha così la seguente formula di calcolo: 

p(h) = ρ * g * h + p0 

p(h) = pressione idrostatica

ρ = densità del liquido

g = accelerazione terreste

h = altezza della colonna del liquido

 

Considerazioni importanti per un monitoraggio del livello di riempimento senza difficoltà 

Poiché le sonde di livello piezoresistive sono posizionate sul fondo dell’acqua, sono protette dalle influenze in superficie. Né la schiuma, né i detriti possono influenzare le misurazioni. Naturalmente le sonde devono essere adatte alle condizioni previste sott’acqua. In acqua salata, ad esempio, è preferibile una sonda di livello con corpo in titanio. Se si prevede l’effetto galvanico la scelta migliore è uno strumento di misura in PVDF. Nella maggior parte delle acque dolci è più che sufficiente un acciaio inossidabile di alta qualità. Inoltre, è indispensabile una messa a terra delle sonde di livello sufficiente per prevenire, ad esempio, i danni derivati dai fulmini (per saperne di più leggi qui). 

Le sonde di livello moderne: tutti i dati in un unico dispositivo 

Le sonde di livello piezoresistive possono essere impiegate per il monitoraggio del livello di riempimento in acque aperte come i laghi, nelle falde freatiche, così come nei serbatoi chiusi. Quando si tratta di acque aperte, si lavora con sonde di pressione relativa. Con questi dispositivi la compensazione della pressione atmosferica avviene tramite un capillare all’interno del cavo della sonda di pressione. Nei serbatoi si utilizza solitamente un sensore di pressione differenziale, poiché bisogna considerare lo strato di gas che preme sul liquido. 

Dal momento che le sonde di livello piezoresistive svolgono il proprio compito fondamentalmente in modo autonomo e possono essere ottimizzate anche per pressioni molto elevate, è possibile effettuare misurazioni in profondità molto basse. Teoricamente non ci sono quasi limiti di profondità, se non che il cavo della sonda di pressione deve essere sufficientemente lungo.

Immagine 1: esempi di sonde di livello per la misurazione della pressione idrostatica

A parte il fatto che non ci sono quasi limiti per quanto riguarda la profondità, questi strumenti di misura moderni sono anche estremamente versatili. In fin dei conti non è solo il livello delle acque ad essere di interesse per l’uomo. Quando si parla di monitoraggio delle acque freatiche è di grande importanza anche la qualità dell’acqua. La purezza di un serbatoio di acque sotterranee può ad esempio essere calcolato anche tramite la sua conducibilità: minore è la conducibilità, più pura è l’acqua (per saperne di più leggi qui). Oltre ai sensori di conducibilità, oggi le sonde di livello sono disponibili anche con la misurazione della temperatura integrata. In questo modo le sonde di livello piezoresistive permettono una vasta gamma di compiti di monitoraggio e nella maggioranza dei casi sono senza dubbio da preferire agli idrometri.

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Monitoraggio del livello di riempimento per il controllo delle pompe nei serbatoi di acqua piovana e acque reflue

Monitoraggio del livello di riempimento per il controllo delle pompe nei serbatoi di acqua piovana e acque reflue

by | Tuesday, 30 June, 2020 | acqua

L’approvvigionamento idrico e lo smaltimento delle acque reflue variano a seconda delle caratteristiche del posto. Negli edifici in Belgio molte cantine si trovano ad un livello più basso rispetto alla rete fognaria. Lo scarico delle acque residue deve quindi essere regolato tramite delle pompe.

L’azienda belga Pumptech fornisce ai proprietari di case e agli amministratori efficienti pompe industriali attraverso cui regolare in parte il ciclo dell’acqua negli edifici. Ciò è necessario in diverse regioni del Belgio, poiché lì spesso le cantine degli edifici si trovano al di sotto della rete fognaria. 

Non potendo defluire direttamente nelle fognature, l’acqua di scarico viene temporaneamente raccolta nei serbatoi. In questi edifici spesso viene raccolta anche l’acqua piovana che viene utilizzata per i servizi igienici. L’acqua piovana presente sul tetto viene così convogliata in serbatoi sotterranei, dove è pronta per essere riutilizzata. L’acqua di scarico defluisce nei serbatoi di acque reflue separati e, da qui, viene pompata nella rete fognaria tramite le pompe. 

Sia che si tratti di serbatoi di acque reflue sia che si tratti di serbatoi di acque piovane, il monitoraggio del livello di riempimento è indispensabile per il regolare funzionamento delle pompe. A tale scopo la Pumptech impiega da ormai 15 anni le sonde ad immersione ATM.ECO/N. All’inizio il monitoraggio del livello di riempimento veniva effettuato tramite interruttori a galleggiante, ma con il tempo si è rivelata essere una soluzione insoddisfacente – soprattutto per quanto riguarda i serbatori di acque reflue. Il grande svantaggio degli interruttori a galleggiante rispetto alle sonde ad immersione è che, a causa delle contaminazioni presenti sulla superficie dell’acqua, si sporcano velocemente, non funzionando più regolarmente. E questo può avere notevoli conseguenze: tramite la misurazione del livello, infatti, si controllano le pompe. Di norma nei serbatoi ci sono da due a tre pompe. Se un livello di riempimento precedentemente impostato viene superato, entra in funzione la prima pompa, con il livello successivo più alto la seconda. Possono essere attivati anche degli allarmi, nel caso si raggiungano determinati valori limite.

Le contaminazioni trasportate attraverso l’acqua non danneggiano particolarmente le sonde ad immersione, che sono solitamente installate sul fondo del serbatoio. Dopo aver provato diversi fornitori, alla fine la scelta della Pumptech è ricaduta sulla sonda di livello analogica ATM.ECO/N della STS, poiché soddisfa meglio dei concorrenti le esigenze richieste in termini di stabilità a lungo termine. Da allora il controllo delle pompe funziona senza difficoltà. 

La sonda ad immersione ATM.ECO/N vanta una membrana completamente sigillata realizzata in acciaio inossidabile di alta qualità. Inoltre, un filtro anti-umidità posto sul cavo del connettore di pressione impedisce all’acqua o ad altre impurità di penetrare nella cella di misura. Un ulteriore punto di vantaggio: grazie ai tempi di risposta migliori rispetto alla precedente soluzione con gli interruttori a galleggiamento gli utenti vedono subito cosa succede all’interno dei serbatoi.

Qui puoi trovare la scheda tecnica della sonda di livello ATM.ECO/N (scaricabile in PDF).

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