ITPC970006A1 - Metodo per l'apparato per la bonifica del terreno mediante l'emissione negli strati del sottosuolo di un getto di liquido ad alta pressione - Google Patents

Description

METODO ED APPARATO PER LA BONIFICA DEL TERRENO MEDIANTE L'IMMISSIONE NEGLI STRATI DEL SOTTOSUOLO DI UN GETTO DI LIQUIDO AD ALTA PRESSIONE E CONTEMPORANEA IMMISSIONE DI UN FLUIDO CONTENENTE IN SOSPENSIONE PARTICELLE DI UN AGENTE SOLIDO.

La presente invenzione propone un metodo per la bonifica del terreno che prevede di iniettare negli strati del sottosuolo un liquido, in particolare acqua, ad alta pressione e la contemporanea immissione di un fluido a bassa pressione e ad elevata viscosità contenente particelle di un agente solido.

In particolare il liquido ad alta pressione è costituito da acqua, ed il fluido a bassa pressione è costituito da acqua additivata di sostanze gelificanti in grado di conferire al liquido una sufficiente viscosità, e che è miscelato a granuli di un agente solido.

L'invenzione riguarda anche un apparato per l'attuazione di detto metodo, che comprende un'asta di perforazione costituita da due condotti coassiali, e che presenta, in corrispondenza della punta, una coppia di ugelli anch'essì coassiali e disposti radialmente.

II liquido ad alta pressione viene iniettato attraverso il condotto interno, mentre il fluido a bassa pressione, con i granuli di agente solido in sospensione, viene iniettato lungo il condotto esterno.

Conformemente con il metodo dell'invenzione, si perfora il terreno fino alla profondità richiesta a mezzo di una sonda comprendente almeno un ugello radiale, un condotto per alimentare a detto ugello un fluido ad alta pressione ed un secondo condotto tramite il quale si alimenta un fluido a bassa pressione, in particolare acqua additivata di sostanze gelificanti, miscelata con un agente solido, che viene trascinata da questo fluido ad alta pressione e miscelata col terreno.

Preferibilmente questi condotti sono coassiali, ed il fluido ad alta pressione è diretto lungo il condotto interno.

Grazie alla elevata velocità di uscita della miscela dall'ugello della sonda, si ottiene un effetto di disgregazione e miscelazione del terreno, che permette di disperdere uniformemente negli strati del sottosuolo le sostanze necessarie al trattamento previsto, intervenendo solamente alla profondità necessaria.

L'invenzione trova applicazione in particolare nella bonifica di terreni contaminati.

L'invenzione riguarda il settore delle tecnologie applicate al recupero dei terreni, in particolare per il trattamento di strati del sottosuolo, allo scopo di bonificare terreni, oppure compattarli e creare comunque uno strato che presenti particolari caratteristiche, ad esempio un determinato grado di impermeabilità, o specifiche caratteristiche di acidità o simili.

Con il metodo secondo l'invenzione è perciò possibile iniettare nel terreno, o in ammassi di rifiuti, una quantità di sostanze le quali, per azione fisica (ad esempio cementazione), o per azione chimica, possano stabilizzare l'ammasso stesso in modo che questo non rappresenti più un potenziale pericolo.

Sono sempre più numerosi i casi di terreni inquinati, ad esempio in prossimità di insediamenti produttivi particolari, oppure nel caso di terreni utilizzati per lungo tempo come discariche.

Accade spesso che le sostanze che percolano nel terreno e vengono assorbite e disperse negli strati del sottosuolo costituiscano una fonte notevole di inquinamento che crea poi problemi di soluzione estremamente difficile.

Per lungo tempo per la bonifica di questo tipo di terreni si è fatto uso di attrezzature comprendenti grossi elicoidi fissati all'estremità di aste che vengono fatte penetrare nel terreno ruotando e quindi rimescolandolo con sostanze che vengono introdotte durante l'avanzamento dell'attrezzo. In effetti con questo sistema non è possibile, ad esempio, intervenire solamente su uno stato del sottosuolo per creare ad esempio una barriera impermeabile, oppure per bonificare, limitando però l'intervento ad uno strato ben preciso.

E' noto, dal brevetto USA 4.659.259, un metodo per miscelare prodotti chimici alle formazioni del terreno.

Questo brevetto presenta però numerosi inconvenienti, dovuti in particolare alla impossibilità di intervenire solamente su uno strato del sottosuolo senza rimescolare il terreno anche in superficie, e richiede l'utilizzazione di apparecchiature meccaniche di enorme potenza.

In questo specifico settore i documenti relativi allo stato della tecnica maggiormente pertinenti sono costituiti dal brevetto USA n. 5.006.017 a nome Yoshidia e dalla domanda di brevetto USA N. 08/549881 delio stesso richiedente.

II brevetto Yoshidia descrive un metodo per consolidare il terreno che prevede di iniettare un agente, quale il cemento, ad alta pressione da un primo ugello di un'asta di perforazione e di iniettare del fango riciclato a bassa pressione attraverso un secondo ugello dell'asta.

La domanda di brevetto USA Melegari riguarda invece un metodo di decontaminazione del suolo che prevede di iniettare nel terreno un fluido ad elevata pressione avente lo scopo di disgregare il terreno e, contemporaneamente, immettere sostanze solide disperse in aria a bassa pressione, che si miscela con il fluido ad elevata pressione che distribuisce così queste sostanze negli strati di sottosuolo.

Quest'ultimo metodo si rivela efficace nel caso che le sostanze solide da disperdere in aria abbiano dimensioni molto piccole, preferibilmente non superiori a circa 10 micron.

Vi sono però situazioni nelle quali è opportuno disperdere nel suolo dei solidi sottoforma di granuli aventi dimensioni di qualche millimetro e, a questo scopo, i metodi noti risultano inadatti.

Per ottenere buoni risultati è infatti indispensabile che la distribuzione delle particelle solide nel veicolo di trasporto si mantenga uniforme, risultato che è possibile ottenere solo quando le particelle hanno dimensioni minime.

Se si pensa che per alcune particolari applicazioni, ad esempio per fissare metalli pesanti o idrocarburi, è necessario miscelare al terreno granuli di materiale acciaioso, e che hanno le dimensioni di qualche millimetro, è facile comprendere che i metodi noti risultano inadatti.

Non è infatti possibile ottenere una miscela stabile ed uniformemente distribuita di questi solidi in aria e non è neppure possibile miscelare questi solidi nel fluido ad alta pressione, in quanto quando la pressione di iniezione supera i 70-80 bar si verificano dei fenomeni di pressofiltrazione che portano alla formazione, all'interno dei condotti, di strati compatti di materiale che vanno a bloccare il passaggio.

I metodi noti, di conseguenza, vengono utilizzati solamente quando l'agente solido è costituito da particelle delle dimensioni di pochi micron, oppure nei casi in cui non è necessario ricorrere a getti di elevata pressione per disperdere il materiale nel terreno.

Per ovviare agli inconvenienti ed alle limitazioni della tecnica nota, la presente invenzione propone un metodo per la bonifica del terreno mediante l'immissione negli strati del sottosuolo di un agente solido, nel quale si inietta nel suolo un liquido, in particolare acqua, ad elevata pressione (500 bar ed oltre) e contemporaneamente si immette nel sottosuolo un fluido, in particolare acqua o acqua gelificata che contiene una sospensione di agente solido in granuli.

L'acqua gelificata viene immessa a pressione inferiore e fuoriesce attraverso un ugello coassiale con l'ugello di acqua ad alta pressione, miscelandosi perciò con quest'ultima e venendo uniformemente distribuita negli strati di sottosuolo.

La presente invenzione sarà ora descritta dettagliatamente, a titolo dì esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate in cui:

• la figura 1 illustra schematicamente un impianto per l'attuazione dei metodo secondo l'invenzione, durante l'operazione di bonifica di uno strato del sottosuolo;

· la figura 2 illustra, schematicamente, un'asta di perforazione per l'attuazione del metodo secondo l'invenzione, sezionata lungo un piano passante per l'asse della stessa.

Con riferimento alla figura 1, un impianto per la bonifica del terreno con il metodo secondo l'invenzione, comprende una motopompa ad elevata pressione, indicata nel suo complesso con il numero 1 , una motopompa a bassa pressione 2, un serbatoio di miscelazione 3 contenente un veicolo fluido, ad esempio acqua o acqua gelificata nel quale viene disperso un agente solido in granuli, ed una batteria di perforazione indicata nel suo complesso con 4.

Questa comprende un'asta di perforazione 5, alla cui estremità inferiore è presente una testa di perforazione indicata nel suo complesso con 8 in figura 2.

L'asta di perforazione è preferibilmente costituita da due condotti coassiali 6 e 7 i quali terminano, in corrispondenza della punta di perforazione 8, con una o più coppie di ugelli coassiali, diretti radialmente.

In figura è illustrata una punta che presenta una sola coppia di ugelli, indicati rispettivamente con i numeri 9 e 10.

Preferibilmente, lungo il condotto interno 6 viene pompato fluido ad alta pressione, ad esempio acqua ad una pressione di circa 500 bar, mentre lungo il condotto esterno 7 conformemente con l'invenzione viene pompato un liquido a bassa pressione, circa 70-80 bar, con il quale è miscelato un agente in granuli di grosse dimensioni, intendendosi con questo termine granuli che possono superare anche le dimensioni di 4-5 mm.

II fluido ad alta pressione esce dall'ugello 9 con una velocità molto elevata, di circa 100-250 mt al secondo e, all'uscita, trascina con sè, per effetto venturi, una certa quantità di fluido a bassa pressione con l'agente in granuli.

I due fluidi si miscelano e l'energia cinetica trasmessa ai granuli di sostanza solida dal fluido ad elevata velocità consente a questi di disgregare il terreno miscelandosi omogeneamente con esso.

Ulteriore caratteristica dell'invenzione è quella di prevedere l'immissione, lungo il condotto esterno 7, di un agente in granuli miscelato con un veicolo costituito da un fluido ad elevata viscosità, in particolare costituito da acqua alla quale è stato aggiunto un agente gelificante in grado di conferire al fluido le caratteristiche di densità e viscosità necessarie a mantenere questi granuli uniformemente dispersi in sospensione.

Questa soluzione permette allora di pompare a lungo il condotto esterno anche un veicolo contenente granuli di elevata densità, ad esempio granuli in materiale acciaioso del tipo commercializzato dalla Soc. LESS (USA), senza che si verifichino quei fenomeni di presso-filtrazione che in breve causerebbero l'accumulo e la compattazione di uno strato di granuli tale da bloccare il passaggio lungo il condotto.

Ad esempio si sono ottenuti buoni risultati pompando lungo il condotto interno acqua ad una pressione di circa 500 bar e lungo il condotto esterno una miscela composta da acqua, gelificante AKIFLOC (Marchio) ed una quantità dì circa 100 Kg. /me di granuli di ferro o materiale acciaioso.

Con questo sistema (figura 1) è possibile perforare il terreno fino a raggiungere gli strati 12 da bonificare, e quindi porre in rotazione l'asta iniettando contemporaneamente il fluido e le sostanze solide lungo i condotti 6 e 7 per iniziare l'opera di bonifica.

In funzione del tipo di terreno e della quantità di sostanze da miscelare, un esperto del settore potrà facilmente determinare la velocità di risalita dell'asta, la velocità di rotazione della stessa, la distanza fra due perforazioni contigue, e questo con le usuali metodologie della tecnica del jet-grouting.

Il tipo di fluido e di materiali solidi da impiegare varierà a seconda del tipo di intervento.

Ad esempio per bonificare degli strati di terreno inquinati da idrocarburi aromatici ubicati ad una profondità di 15 mt., si è fatto uso di una punta di perforazione del diametro di 101 mm.

Raggiunta la profondità richiesta, l'asta è stata posta in rotazione ad una velocità di 15 giri/minuto pompando attraverso il condotto centrale acqua ad una pressione di 500 bar ed attraverso il condotto esterno acqua gelificata con AKIFLOC 6722 (miscela di polimeri organici ad alto peso molecolare - Produz. Compair Holman), nella quale erano dispersi granuli di materiale acciaioso ("Hardener Iron” della Peerless Metal Powders & Abrasive) in quantità di 100 Kg./mc.

L'asta veniva fatta risalire ad una velocità di 0,20 metri/minuto e si sono ripetute le perforazioni ad una distanza di 120 cm.

Ricampionando il terreno dopo 10 giorni, si verificava che la quantità di inquinanti si era ridotta del 60-70%.

Con il metodo secondo l'invenzione è perciò possibile intervenire sul terreno effettuando operazioni di bonifica che interessano strati di sottosuolo anche profondi e di spessore limitato, iniettando nel terreno un fluido ad elevata pressione ed un fluido a pressione inferiore nel quale è disperso un agente in granuli, che si miscela con il fluido ad elevata pressione e viene trascinato e disperso nel terreno.

Questo sistema consente di ottenere ottimi risultati di bonifica con un'attrezzatura relativamente modesta, limitando l'iniezione delle sostanze nel terreno solamente in corrispondenza del tratto da bonificare e permettendo di utilizzare, come agente per il trattamento del terreno, anche materiale in granuli di grosse dimensioni e materiale di elevata densità che sarebbe invece impossibile disperdere nel terreno con le tecniche note in precedenza.

Un esperto del ramo potrà poi prevedere numerose modifiche e varianti, che dovranno però ritenersi tutte comprese nell'ambito del presente trovato.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo per la bonifica del terreno in cui si perfora un terreno a mezzo di un'asta di perforazione comprendente due o più condotti facenti capo ad altrettanti ugelli radiali, si inietta, attraverso uno di questi condotti, un fluido ad alta pressione e, attraverso un altro di detti condotti, un fluido a bassa pressione contenente un agente in granuli e si ruota l'asta attorno al proprio asse in modo che per effetto dell'azione dei due fluidi l'agente in granuli venga disperso nel terreno circostante gli ugelli, caratterizzato dai fatto che detto fluido a bassa pressione è un liquido con il quale viene miscelato l'agente in granuli.
2. 2) Metodo secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fluido a bassa pressione è costituito da liquido additivato di una sostanza gelificante atta a conferire a detto fluido caratteristiche di viscosità tali da permettere di mantenere in sospensione l'agente in granuli.
3. 3) Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto fluido ad alta pressione è costituito da liquido iniettato ad una pressione compresa tra 300 e 600 bar, preferibilmente ad una pressione di 500 bar e detto fluido a bassa pressione è costituito da liquido, al quale è miscelato l'agente in granuli, che viene iniettato ad una pressione compresa tra 50 e 100 bar, preferibilmente 80 bar.
4. 4) Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detto fluido a bassa pressione è costituito da liquido additivato con sostanze gelificanti.
5. 5) Metodo secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fluido ad alta pressione viene iniettato lungo il condotto interno e detto fluido a bassa pressione viene iniettato lungo il condotto esterno.
6. 6) Impianto per la bonifica di strati dì terreno caratterizzato dal fatto di prevedere: • un'asta di perforazione comprendente almeno una coppia dì condotti facenti capo ad altrettanti ugelli disposti radialmente ; • mezzi atti ad iniettare un fluido ad alta pressione lungo uno di questi condotti; • mezzi atti ad iniettare un fluido a bassa pressione lungo il secondo di questi condotti, detto fluido a bassa pressione essendo costituito da una miscela di un veicolo liquido e di un agente in granuli.
7. 7) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto di prevedere mezzi atti a miscelare un agente gelificante a detto fluido a bassa pressione.
8. 8) Metodo per la bonifica del terreno come descritto ed illustrato.
9. 9) Impianto per la bonifica del terreno come descritto ed illustrato.