ITRM930072U1 - Impianto di trattamento con regolazione automatica e monitoraggio delle caratteristiche chimico-fisiche dell'acqua di alimento e - Google Patents

Abstract

Il sistema consiste in un trattamento dell'acqua di alimento e ricircolo delle fontane teso a ricondurre le sue caratteristiche a valori tali da non determinare fenomeni di incrostazione o aggressione dei materiali lapidei, cioè una condizione di equilibrio del sistema carbonati, acqua, anidride carbonica oltre a raggiungere valori tali, negli altri componenti come ad es. salinità o cloruri, che non favoriscano fenomeni di corrosione di leghe o materiali ferrosi. Tutto il sistema è controllato da sonde ed elettrodi a ioni selettivi sia allo stato solido che a membrana o a gas sensibile combinato. Le informazioni sullo stato dell'acqua di ricircolo vengono quindi trasmesse in continuo ad una unità a microprocessore che, tramite il programma residente elabora i segnali acquisiti, li confronta con le soglie predeterminate e in funzione del software operativo esegue tutte le manovre atte a riportare l'acqua ai valori richiesti.

Description

Descrizione del modello industriale di utilit? avente per titolo:

"Impianto di trattamento con regolazione automatica e monitoraggio delle caratteristiche chimico-fisiche dell'acqua di alimento e ricircolo delle fontane artistiche"

Testo

Il processo di controllo della qualit? dell?acqua destinata alla alimentazione e al ricircolo di fontane ornamentali pone tre ordini di problemi:

- controllo dei processi di incrostazione

- controllo dei processi di corrosione

- inibizione dello sviluppo di vita vegetativa

che vanno a loro volta considerati relativamente ai diversi tipi di materiali (generalmente materiali lapidei e leghe non ferrose in particolare bronzo).

Per quanto riguarda il primo, va considerato l'equilibrio CaC03 - H2O -CO2, sia nel suo aspetto cinetico che in quello termodinamico, mentre per quanto riguarda il secondo vanno richiamati alcuni dei concetti fondamentali relativi ai processi di corrosione umida.

Ai fini del controllo dei processi di incrostazione sarebbe sufficiente alimentare le vasche con acque a modesta durezza, cio? con un basso contenuto di sali di calcio e magnesio; l'interposizione di una unit? di addolcimento ad es. del tipo a scambio ionico risolverebbe il problema, tuttavia si avrebbe un?acqua non in equilibrio, sottosatura di Carbonato di Calcio e quindi dotata di un elevato potere "aggressivo" che non ? ovviamente sinonimo di corrosivo ma che, con la capacit? di sciogliere carbonato di calcio, potrebbe comportare problemi di dissoluzione di materiali lapidei.

Il controllo dei processi di corrosione ? invece finalizzato a ricercare le condizioni ottimali per far si che l?acqua si comporti come il miglior elettrolita atto ad impedire o quantomeno a ridurre e/o rallentare la corrosione dei materiali metallici non ferrosi, generalmente bronzo, presenti nelle fontane ornamentali.

Il problema ? aggravato dal fatto che il bronzo come lega ? esposto anche a tutti i problemi di corrosione integranulare potendosi verificare fenomeni di corrosione analoghi a quanto avviene nel caso di dezincificazione degli ottoni, inoltre, stante la capacit? di passivazione del rame e delle sue leghe si possono presentare tutti i problemi legati ai fenomeni di pitting (corrosione puntiforme) sostanzialemte dovuta a situazioni di attacco di zone anodiche di piccola superficie. Essendo il processo di pitting fortemente dipendente dalla riduzione del campo di stabilit? dovuto alla presenza di ioni specifici quali ad es. i cloruri ? evidente come gi? un intervento sull'acqua di alimento teso ad eliminare o quantomeno a ridurre tale presenza sia di fondamentale importanza per la eliminazione o limitazione di tale tipo di corrosione.

A quanto accennato c e da aggiungere che per la natura stessa delle fontane ornamentali l'acqua si trova in condizioni di forte areazione e forte turbolenza, cio? in condizioni ottimali perch?, in soluzione neutra, si verifichi il processo di riduzione catodica dell'ossigeno secondo la:

e, trattandosi di condizioni di forte turbolenza lo spessore dello strato di diffusione ? molto piccolo e la curva di polarizzazione per la riduzione catodica dell?ossigeno ? caratterizzata da una elevata corrente limite.

A quanto accennato vanno poi aggiunti i problemi legati a processi di corrosione sotto deposito o per areazione differenziale, ad alterazioni del pH legate ad eventi esterni (si pensi alla accidentale aggiunta all?acqua della vasca di sostanze acide come bevande ecc: sversate per trascuratezza, superficialit? o vandalismo), a variazioni di temperatura ecc..

Da quanto esposto appare evidente come le variabili siano numerose e non sia possibile definire uno standard deH'elellrolito che non ? poi garantibile nel tempo, inoltre non appare assolutamente sufficiente esaminare il processo dal solo punto di vista della termodinamica, o ancor pi? limitatamente della cinetica, dei processi di equilibrio tra carbonato, bicarbonato, acqua e anidride carbonica anche se tale equilibrio dovr? essere oggetto di controllo continuo. Altro aspetto fondamentale per la corretta gestione di una fontana ornamentale, particolarmente importante in quelle che rivestono anche interesse artistico, ? costituito dalla necessit? di impedire su di essa lo sviluppo di vita vegetativa, di impedire cio? lo sviluppo di alghe, funghi, muschi, ecc..

Il problema assume particolare importanza per quelle fontane dove eventuali gruppi scultorei, sia di materiali lapidei che di leghe non ferrose, sono direttamente o indirettamente lambiti dall'acqua per effetto di giochi, spruzzi, cascate ecc..

D?altra parte la presenza di acqua ? di per s? sufficiente per determinare lo sviluppo aigaie che si traduce immediatamente in alterazioni della superficie in vista e successivamente in processi di degrado strutturale sia per disgregazione del materiale sia per effetto di avvio di processi di corrosione sotto deposito o per areazione differenziale.

Le prime alghe a comparire sono generalmente le cianoficee (alghe verdi) che assorbono come le piante terrestri le radiazioni comprese tra i 660 e gli 680 nm ma si hanno anche numerosi casi di sviluppo di alghe brune e rosse capaci di assorbire nello spettro verde e blu grazie ad un pigmento rosso, la ficoeritrina, che ricopre la clorofilla.

Parametri di controllo e interventi attuati

La breve sintesi dei problemi riguardanti l'acqua di alimento e di ricircolo delle fontane comporta che, per la opportuna tutela del manufatto, si mettano in essere dei criteri volti alla salvaguardia di entrambi i tipi di materiali, criteri che vengono di seguilo riassunti:

a) trattamento ottimale dell?acqua di alimento

b) trattamento delle superimi metalliche con adeguati protettivi

c) controllo in continuo di una serie di parametri dell'elettrolita e possibilit? di rapido svuotamento della fontana o manovre accessorie.

a) Trattamento ottimale dell?acqua di alimento

Tra i trattamenti possibili ci sembra di poter affermare che la dissalazione parziale tramite membrane ad osmosi inversa, sia uno dei metodi pi? sofisticati; l?acqua dissalala infatti, con la sua scarsa conducibilit? rappresenta il primo step di intervento volto a controllare sia i processi di incrostazione che quelli di corrosione, alcune obiezioni potrebbero essere avanzate circa la quantit? di anidride carbonica libera sulla quale ? ininfluente un trattamento con membrane, ma la modesta presenza di tale sostanza nell?acqua grezza di alimento dell?impianto e la possibilit? di blending con forte capacit? tampone minimizza le obiezioni. Circa tale parametro si richiama tuttavia l?attenzione sul fatto che, a secondo della localizzazione della fontana, la quantit? di CO2 ambientale potrebbe fortemente influenzare le caratteristiche dell?acqua di circolazione.

b)

Tale intervento ? principalmente indirizzato a proteggere i materiali metallicii i quali,, dopo lavaggi con acqua distillata e/o solventi tesi alla rimozione dei rivestimenti di precedenti restauri, vengono trattati con inibitori e con protettivi finali a base di cere microcristalline; si fa tuttavia presente che procedimenti con impiego di protettivi specifici, ad es. resine con forte capacit? di impregnazione, sono attuati anche per materiali lapidei, sono comunque tutti interventi di stretta competenza dell?Istituto Centrale del Restauro.

c) Controllo in continuo

E? questa la parte pi? innovativa del processo, infatti tutti gli interventi finora attuati su fontane ornamentali prevedevano un qualche trattamento sull'acqua di alimento senza tuttavia integrarlo con metodiche di controllo.

L?intervento si attua con l'impiego di celle di misura o elettrodi specifici per tenere sotto controllo i seguenti parametri:

- pH

- pHs

- Ione cloruro

- Conducibilit?

- Ossigeno disciolto

- Calcio

- Rame (solo per quelle fontane in cui compaiono gruppi scultorei in bronzo)

L?impiego di un PC interfaccialo con gli elettrodi sia a ione specifico che a diffusione gassosa consentir? di testare ciclicamente le diverse grandezze avviando i dati raccolti ad una unit? centrale che oltre a creare un archivio dati pu? sviluppare un colloquio interattivo con una unit? intelligente ausiliaria non necessariamente alloggiata in prossimit?.

Tale collegamento potr? avviare le seguenti funzioni:

Archiviazione dati su disco fisso e backup periodico su floppy disck

- Configurazioni alternative per modificare le caratteristiche dell?acqua della fontana o per attuare operazioni di emergenzza come ad es. lo scarico della vasca, il blocco del reintegro o l?avvio di operazioni di lavaggio.

Rappresentazioni grafiche dei dati e delle elaborazioni.

- Elaborazione dei dati sulla base di un software applicativo da integrare o correggere con campagna di analisi di laboratorio finalizzate.

Tale strumentazione potr? poi essere integrata con un corrosimetro che. misurando in continuo la resistenza di polarizzazione di una sonda consenta di valutare istantaneamente la velocit? di corrosione.

Il principio di tale strumento ? il metodo elettrochimico di misura dello scostamento dal potenziale di corrosione di un elettrodo di lavoro interessato al passaggio di una debole corrente anodica o catodica. Misurando il valore di tale scostamento con voltmetri elettronici ad altissima impedenza ci si svincola dalla resistenza chimica della soluzione.

Un'ultima considerazione riguarda poi lo sviluppo aigaie in seno alla vasca e sulle superfici dei gruppi (bronzei o lapidei) lambiti o interessati dall'acqua anche per fenomeni di aerosol; vale pertanto la pena illustrare brevemente alcune leggi fondamentali che regolano tale sviluppo: - le alghe utilizzano per il loro sviluppo prima la CO2 contenuta in soluzione nell'acqua e successivamente quella fissata sotto forma di bicarbonati;

- le radiazioni luminose sono utilizzate in quasi tutto lo spettro determinando lo sviluppo di alghe di specie diverse, le pi? diffuse sono le cianoficee (alghe verdi e azzurre) che assorbono le radiazioni comprese intorno ai 660 - 680 nm , lunghezza d?onda pi? rilevante anche per fenomeni di riemissione;

- fondamentale per la vita delle alghe ? il fenomeno del fotoperiodismo per il quale la alternanza di periodi di oscurit? a periodi di irraggiamento ? fattore controllante per lo sviluppo; ricordiamo che interrompere il periodo di oscurit? anche per pochi istanti pu? essere sufficiente ad alterare un equilibrio dando luogo a fenomeni di infiorescenza aigaie con carattere devastante;

- le alghe pi? diffuse, generalmente unicellulari, sono sensibilissime a tutti i biocidi e anche il cenobio, l?involucro gelatinoso che ricopre le colonie, ? prontamente attaccato da prodotti a base di cloro o da composti deH?Ammonio quaternario;

- la temperatura ottimale per lo sviluppo aigaie ? di circa 10C in condizioni di bassa o media illuminazione, tale temperatura ottimale si sposta invece intorno a 15-18?C in condizioni di forte illuminazione; tale considerazione viene riportata in quanto si sta sviluppando la tendenza alla illuminazione artificiale delle fontane la cui acqua, se in condizioni di ricircolo, ? intorno ai 15-17'C; il perdurare del periodo di luce oltre ad intervenire sul fotoperiodismo contribuisce a spostare il valore della temperatura ottimale di accrescimento verso quei valori abituali per l?acqua della fontana.

Dalle considerazioni svolte appare evidente la necessit? della addizione all'acqua di ricircolo di un prodotto biocida (ipoclorito di sodio, composti del'ammonio quaternario, glutaraldeidi, acido peracetico, acqua ossigenata o loro associazioni per usufruire di meccanismi di sinergia). Tra i diversi prodotti il cloro, sotto forma di ipoclorito, ? quello che consente una migliore manipolabilit? associala a facile reperibilit?, basso costo e soprattutto notevole sviluppo di metodiche analitiche, anche in continuo, per il controllo della sua concentrazione.

Il meccanismo di azione ? basalo sia sulla liberazione di ossigeno allo stato atomico, dotato di energico potere ossidante, sia sulla capacit? di penetrazione dello ione cloruro nella parete cellulare batterica con conseguente inattivazione di un enzima, la diastasi, responsabile della riproduzione cellulare.

Pertanto alle catene elettrodiche indicate si dovr? aggiungere un clororesiduometro, preferibilmente di tipo amperometrico.

Particolare cura dovr? comunque essere posta non solo sui metodi di intervento "attivo", tesi cio? a contrastare, tramite agenti esterni, lo sviluppo aigaie, ma anche medianti metodi "indiretti", volti cio? a creare quelle condizioni che ne limitano la crescita o a non creare quelle che al contrario la favoriscono.

Il modello ? illustrato nelle tavole allegate, dove:

TAV. 1 L?impianto nel suo complesso

TAV. 2 La parte dell?impianto relativa al pH di saturazione

1) Il sistema nel suo complesso, meglio descritto nella TAV 1 di cui si esplicita la legenda opera secondo le seguenti modalit?:

L?acqua di alimentazione subisce un primo trattamento tramite immissione di prodotto condizionante esametafosfato di Sodio in ragione di 12 ppm. L?immissione del prodotto viene effettuata tramite la pompa dosatrice proporzionale di cui al n. 1. Successivamente l'acqua perviene ad un impianto di abbattimento della salinit? per osmosi inversa (n. 2) e viene, normalmente, inviata, miscelata con acqua greggia attraverso valvola automatica tarata (n.4). ad una vasca di compenso da cui si diparte il circuito chiuso di ricircolo della fontana. Una pompa dosatrice (7) provvede a mantenere una minima concentrazione di cloro attivo nell?acqua mentre un?altra pompa dosatrice (8) determina l'immissione nell'acqua di un prodotto alghicida.

Una serie di sonde (13-19) poste in linea con il circuito di ritorno della fontana, rilevano le caratteristiche dell'acqua, tra cui il pH.

All?acqua viene anche fatto attraversare un letto di CaC03 (11) e quindi ne viene rilevato il pH di saturazione (12).

Un PC. che provvede alla gestione dellimpianto, confronta continuamente i valori di pH e pH di saturazione definendo la potenzialit? aggressiva o incrostante dell?acqua.

In relazione al valore risultante il PC interviene attivando le seguenti apparecchiature in riferimento a suddetti valori in indice crescente

acqua aggressiva

blocco deU?impianlo ad osmosi inversa

attivazione della valvola automatica (4)

attivazione della valvola automatica (5)

attivazione della pompa dosatrice (IO) per immissione prodotto alcalinizzante per acqua incrostante

acqua incrostante

blocco valvola automatica 4

attivazione impianto ad osmosi

attivazione valvola automatica 6 per immissione dell?acqua osmotizzata presente nell'accumulo 3

attivazione della pompa dosatrice 9 per immissione prodotto acidificante.

Un criterio innovativo introdotto nel sistema di misura risiede anche nella determinazione di un parametro come il pH di saturazione che ? per definizione un parametro teorico che richiede per la sua determinazione la conoscenza di numerosi dati (Residuo totale, Alcalinit?, Calcio, temperatura ecc.) e che ? invece attuato portando l?acqua a saturazione tramite l?attraversamento di un letto di carbonato di calcio inserito in una coppia di contenitori intercollegati n.ll TAV.l le cui misure sono tali da consentire un tempo di reazione sufficiente a raggiungere la saturazione. In particolare si ? individuato il rapporto ottimale tra portata, sezione e altezza dello strato di materiale.

L?acqua viene successivamente avviata ad una cella a deflusso per la misura del pH n.12 TAV.l che in tali condizioni coincide con il pH di saturazione.

I valori adottati per i contenitori sono tali da porre diametro (d) e lunghezza di strato (11+12) in rapporto almeno di 1:5.5 e il volume complessivo del reattore ? tale da garantire un tempo di contatto non inferiore a 15 min valore verificato largamente sufficiente per il completamente della reazione.

Per le caratteristiche del complesso si rimanda alla TAV. 2 di cui viene esplicitata la legenda

Al sistema di misura descritto necessario per la individuazione del pH di saturazione si associano determinazioni come descritto precedentemente tali da consentire il mantenimento dell'Indice di Langelier in un range prossimo allo zero, valore per il quale non si verificano n? depositi n? sciogliomento di carbonato di calcio.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) Impianto di trattamento con regolazione automatica e monitoraggio delle caratteristiche chimico-fisiche dell?acqua di alimento e ricircolo delle fontane artistiche nel suo complesso, caratterizzato dalle apparecchiature descritte nel testo organicamente intercollegato per la definizione del sistema descritto.