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Studio teorico del funzionamento di un dispositivo di disoleazione
- 1. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTE Dipar3mento di Ingegneria Studio teorico del funzionamento di un disposi3vo di disoleazione
- 2. Urbanizzazione Il crescente sviluppo delle aCvità umane ha portato ad un aumento dell’urbanizzazione e quindi all’impermeabilizzazione dei suoli, questo produce alcuni effeC come: • Minore infiltrazione delle acque nel soLosuolo. • Incremento delle acque des3nate alle re3 fognarie provenien3 da superfici stradali.
- 4. Conseguenze legate all’urbanizzazione: inquinamento delle acque di prima pioggia • Durante i periodi secchi avviene il deposito nelle superfici stradali di sedimen3 • Il traffico veicolare rilascia inquinan3 che si aLaccano ai sedimen3 deposita3 • Con l’inizio degli even3 meteorici le acque di prima pioggia rompono tale accumulo e trasportano mediante deflusso il par3colato inquinato ai la3 della strada (PM). • La pioggia trasporta anche una piccola percentuale di inquinan3 leggeri in forma disciolta (TDM).
- 5. Variazione del quan3ta3vo di sedimen3 ad opera del deflusso superficiale
- 6. Granulometrie dei sedimen3 • In seguito al deposito del par3colato, l’azione di traffico , vento e precipitazioni meteoriche riducono in parte le granulometrie • Da campionamen3 effeLua3 [Vaze 2004] emerge che la maggior parte dei sedimen3 ha diametri compresi tra 50-‐1000 micron. • Le densità dei sedimen3 sono comprese tra 2200−2600 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3
- 7. Distribuzione dei sedimen3 nelle superfici stradali
- 8. Inquinan3 Da sperimentazioni effeLuate emerge che i principali inquinan3 aLacca3 al par3colato stradale sono: • Metalli pesan3(As, Pb, Fe, Cd, Cu, Mn, Zn, Cr): dovu3 a combus3one di carburan3, oli e usura dei veicoli • Nutrien3 (TP, TN): i quali sono trasporta3 da veicoli provenien3 da zone limitrofe
- 9. Morfologia dei sedimen3 inquina3
- 10. Distribuzione granulometrica della superficie inquinata • I metalli pesan3 si trovano per oltre il 90% della massa totale aLacca3 a sedimen3 con ∅≥50 𝜇𝑚 • I nutrien3 si trovano per oltre 85% aLacca3 a sedimen3 con ∅≥70 𝜇𝑚 • Circa il 10% della massa si trova in forma disciolta all’interno del corpo idrico
- 12. Accumulo di metalli pesan3
- 13. TraLamento degli inquinan3 Alcuni dei sistemi di traLamento prevedono due meccanismi di chiarificazione: • Dissabbiatura: avviene per sedimentazione del par3colato inquinato (PM) • Disoleazione : avviene per floLazione delle par3celle leggere in forma disciolta (TDM)
- 14. Funzionamento di un disposi3vo di chiarificazione a piastre parallele Analizzando un disposi3vo a piastre parallele inclinate il funzionamento prevede che vi siano alcune condizioni fondamentali: • il flusso tra le lastre sia laminare • Velocità comprese tra 0,0015−0,006 𝑚∕𝑠 • Re 2-‐100
- 16. Par3cle tracking delle par3celle SoLo le condizioni appena esposte è stato sviluppato un par3cle tracking per studiare la fisica delle traieLorie delle seguen3 par3celle: • Inquinan3 aLacca3 ai sedimen3 (PM): ∅=50 𝜇𝑚 𝜌=2200 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3 • Inquinan3 presen3 in forma disciolta (TDM) ∅=60 𝜇𝑚 𝜌=850 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3
- 17. Le par3celle, in accordo con la teoria dei flussi laminari, vengono trascinate verso l’uscita finché si trovano a metà tra le due lastre, dove vi sono al3 valori di velocità. Ma, progressivamente al loro avvicinamento alle piastre, la maggior influenza della del peso determina la sedimentazione. Ciò avviene per i sedimen3 inquina3:
- 18. e analogamente per la frazione leggera, con la differenza che gli inquinan3, essendo più leggeri dell’acqua, vanno a raccogliersi nelle pare3 superiori
- 19. Disposi3vo a onde orizzontali analizzando un disposi3vo a onde orizzontali, con le stesse caraLeris3che del caso precedente, sono sta3 oLenu3 dei valori di efficienza nella rimozione degli inquinan3 con i quali verrà effeLuato un confronto con il chiarificatore oggeLo di studio. Le caraLeris3che sono iden3che al caso precedente: • Velocità comprese tra (0,0015−0,006) 𝑚∕𝑠 • Re (2-‐100)
- 22. Par3cle tracking SoLo le condizioni appena esposte si è studiato il par3cle tracking degli inquinan3 con le seguen3 caraLeris3che: • Inquinan3 aLacca3 ai sedimen3: ∅=50−70 𝜇𝑚 𝜌=2200 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3 • Inquinan3 presen3 in forma disciolta ∅=40−60−80 𝜇𝑚 𝜌=850 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3
- 23. Par3cle tracking dei sedimen3 ∅=𝟓𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 510 Particelle sedimentate 510 Particelle non sedimentate 0 Massima distanza percorsa 0,037 𝑚 7,33∙10↑−9 𝑚 2200 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3 ∅=𝟕𝟎 𝝁𝒎 Minima distanza percorsa densità Numero di particelle entranti 510 Particelle sedimentate 510 Particelle non sedimentate 0 Massima distanza percorsa 0.018 𝑚 7,30∙10↑−9 𝑚 2200 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3 Minima distanza percorsa densità
- 24. Par3cle tracking della frazione disciolta ∅=𝟒𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 510 Particelle intrappolate 336 Particelle uscenti 174 Massima distanza percorsa Minima distanza percorsa densità 0,29 𝑚 0.0005 𝑚 850 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3 ∅=𝟔𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 510 Particelle intrappolate 510 Particelle uscenti 0 Massima distanza percorsa Minima distanza percorsa densità 0.26 𝑚 0.0005 𝑚 850 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3 ∅=𝟖𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 510 Particelle intrappolate 510 Particelle uscenti 0 Massima distanza percorsa 0.26 𝑚
- 26. Studio del disposi3vo commerciale La par3colare forma geometrica del chiarificatore ha le seguen3 peculiarità: • Il disposi3vo commerciale oggeLo di studio è composto dalla sovrapposizione di piani a forma di greche, i quali generano canali di forma trapezoidale pos3 uno sopra l’altro e tra loro inclina3 a 60°, all’interno dei quali scorre l’acqua contaminata. • La sovrapposizione dei canali trapezoidali genera delle superfici di contaLo, che producono ricircolo e vor3cità nel flusso.
- 29. Funzionamento del disposi3vo • All’interno dei vari canali il flusso è laminare • Il flusso scorre dal basso verso l’alto, quindi l’acqua entra contaminata ed esce pulita • All’interno del chiarificatore, a causa del contaLo tra i canali di forma trapezoidale, si genera vor3cità e ricircolo
- 31. CaraLeris3che del flusso • I valori per lo studio del flusso sono sta3 analizza3 in sezioni poste in mezzeria
- 32. Profili di velocità Profili di velocità in sezione (B-‐B) Profili di velocità i sezione (A-‐A)
- 33. Sviluppo di ricircolo e vor3cità • Linee di flusso in corrispondenza delle superfici di contaLo
- 34. • VeLori velocità in corrispondenza delle superfici di contaLo
- 35. Par3cle tracking SoLo le condizioni appena esposte si è studiato il par3cle tracking degli inquinan3 con le seguen3 caraLeris3che: • Inquinan3 aLacca3 ai sedimen3: ∅=50−70 𝜇𝑚 𝜌=2200 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3 • Inquinan3 presen3 in forma disciolta ∅=40−60−80 𝜇𝑚 𝜌=850 𝑘 𝑔∕ 𝑚↑3
- 36. Par3cle tracking dei sedimen3 (PM) ∅=𝟓𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 1186 Particelle sedimentate 1178 Particelle non sedimentate 8 Massima distanza percorsa 0,28 𝑚 Minima distanza percorsa 2∙10↑−9 𝑚 ∅=𝟕𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 1186 Particelle sedimentate 1186 Particelle non sedimentate 0 Massima distanza percorsa 0.035 𝑚 Minima distanza percorsa 4.08∙10↑−12 𝑚
- 37. • TraieLorie dei sedimen3 con diametro pari a 50 micron
- 39. • TraieLorie delle par3celle pari a 70 micron
- 41. Par3cle tracking della frazione disciolta (TDM) ∅=𝟒𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 1186 Particelle intrappolate 647 Particelle uscenti 539 Massima distanza percorsa Minima distanza percorsa 0,28 𝑚 2.05∙10↑−9 𝑚 ∅=𝟔𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 1186 Particelle intrappolate 892 Particelle uscenti 294 Massima distanza percorsa Minima distanza percorsa 0.28 𝑚 2.03∙10↑−12 𝑚 ∅=𝟖𝟎 𝝁𝒎 Numero di particelle entranti 1186 Particelle intrappolate 995 Particelle uscenti 191 Massima distanza percorsa 0.28 𝑚 2∙10↑−12 𝑚 Minima distanza percorsa
- 44. Diagrammi di Camp ALraverso la costruzione dei diagrammi di Camp è possibile meLere a confronto i due disposi3vi per poterne paragonare le efficienze. Con le stesse velocità viste in precedenza sono state faLe delle simulazioni con i seguen3 diametri: • • • • • • • • • • ∅↓1 =1 𝜇𝑚 ∅↓2 =5 𝜇𝑚 ∅↓3 =10 𝜇𝑚 ∅↓4 =20 𝜇𝑚 ∅↓5 =30 𝜇𝑚 ∅↓6 =40 𝜇𝑚 ∅↓7 =50 𝜇𝑚 ∅↓8 =60 𝜇𝑚 ∅↓9 =70 𝜇𝑚 ∅↓10 =80 𝜇𝑚
- 45. Diagrammi di Camp Disoleatore a canali inclina3 1-‐qu/qe 1,2 Lw/uH=0,0020 1 Lw/uH=0,0030 Lw/uH=0,0041 0,8 Lw/uH=0,0061 0,6 Lw/uH=0,0080 0,4 0,2 0 0 0,00002 0,00004 0,00006 0,00008 0,0001 0,00012 0,00014 0,00016 W/u*
- 46. Disoleatore a onde orizzontali 1-‐qu/qe 1,2 1 Lw/uH=0,0020 Lw/uH=0,0030 0,8 Lw/uH=0,0041 Lw/uH=0,0061 0,6 Lw/uH=0,0080 0,4 0,2 0 0 0,00002 0,00004 0,00006 0,00008 0,0001 0,00012 0,00014 0,00016 W/u*
- 47. Dissabbiatore a canali inclina3 1-‐qu/qe 1,2 Lw/uH=27,2185 Lw/uH=38,5776 1 Lw/uH=47,2477 0,8 Lw/uH=54,5569 Lw/uH=66,8184 0,6 Lw/uH=74,7052 Lw/uH=81,8354 0,4 Lw/uH=94,4748 0,2 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 W/u*
- 48. Dissabbiatore a onde orizzontali 1-‐qu/qe 1,2 Lw/uH=27,2185 1 LW/uH=38,5776 Lw/uH=47,2477 0,8 Lw/uH=54,5569 Lw/uH=66,8184 0,6 Lw/uH=74,7052 Lw/uH=81,8354 0,4 Lw/uH=94,4748 0,2 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 W/u*
- 49. CONCLUSIONI • Dai risulta3 numerici e dai diagrammi di Camp emerge che l’efficienza di rimozione è minore nei disposi3vi a canali inclina3 rispeLo a quelli a onde orizzontali. Questo perché essendoci ricircolo e vor3cità si creano fluLuazioni turbolente che ostacolano il traLamento delle par3celle e le tengono maggiormente in sospensione, arrivando dunque a coprire distanze m a g g i o r i r i s p e L o a l t r a L a m e n t o c o n chiarificatore a onde orizzontali.