UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIA
Dipartimento di Ingegneria Agraria
CORSO DI IMPIANTI IRRIGUI
PROF. G.L. CIRELLI
Sistemi di filtrazione e fertirrigazione
(pagg. 1-49)
A CURA DI:
PROF. GIUSEPPE LUIGI CIRELLI
ING. ROSY AIELLO
1
L’OCCLUSIONE DEGLI EROGATORI
•
•
•
Il fenomeno dell’occlusione dipende soprattutto dalla qualità
dell’acqua utilizzata a scopo irriguo
Nonostante gli sforzi della ricerca per ridurre e valutare il
rischio di occlusione degli erogatori, non esiste ancora oggi un
metodo analitico di risoluzione
le cause che determinano l’occlusione non dipendono solo dalla
qualità delle acque impiegate ma anche da altri fattori locali:
- intrusione di radici all’interno degli erogatori,
- temperature dell’acqua e dell’aria,
- caratteristiche dei gocciolatori utilizzati,
- modalità di gestione dell’impianto.
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FENOMENI DI OCCLUSIONE DEGLI EROGATORI
I sistemi microirrigui sono caratterizzati da un elevato
numero di erogatori con orifizi facilmente ostruibili da
diverse tipologie di agenti, presenti all’interno delle acque
utilizzate a scopo irriguo
Gli agenti che determinano l’occlusione hanno natura diversa :
• biologica: particelle organiche quali colonie batteriche o
formazioni algali, microrganismi, piccoli insetti;
• chimica: precipitati di natura minerale dovuti alla qualità
dell’acqua od a reazioni chimiche legate all’uso
di
fertilizzanti idrosolubili;
• fisica: minerali in sospensione (sabbia, limo, ecc.) o
materiale
organico indecomposto (foglie, semi, uova di
pesce, alghe, ecc.)
L’intasamento può essere provocato da un’ interazione dei diversi
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fattori
PRINCIPALI AGENTI DELL’OCCLUSIONE
NEGLI IMPIANTI DI MICROIRRIGAZIONE
FISICI
CHIMICI
BIOLOGICI
piccoli animali
Inorganici
Carbonati di Ca, Mg
- sabbia
Solfato di Ca
alghe
- limo
Ossido di ferro
protozoi
- argilla
Solfuro di ferro
batteri
- plastica
acquatici
(ferrobatteri)
(solfobatteri)
Idrossidi, ossidi,
carbonati,silicati di
metalli pesanti
Organici in
decomposizione
Fertilizzanti
- vegetali
- fosfati
- animali
- ammoniaca liquida
- batteri
- ferro, zinco, manganese
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PRINCIPALI AGENTI DELL’OCCLUSIONE NEGLI
IMPIANTI DI MICROIRRIGAZIONE
•Gli agenti fisici possono provenire dalla fonte di
approvvigionamento idrica o svilupparsi nell’impianto
Le particelle inorganiche più fini (limo, argilla) si
depositano nelle zone dell’impianto in cui la velocità è
più bassa (parte finale delle ali erogatrici e lungo le
pareti dei gocciolatori a lungo percorso). L’occlusione
che ne segue può non essere rapida ma è inevitabile
Potrebbe verificarsi un’aggregazione di particelle fini a
causa della presenza di particelle organiche leganti
Inoltre insetti, residui di nastri di teflon e tubi di PVC
possono penetrare nell’impianto durante l’installazione
5
PRINCIPALI AGENTI DELL’OCCLUSIONE NEGLI
IMPIANTI DI MICROIRRIGAZIONE
•Gli agenti chimici comportano problemi a causa dei
precipitati
I precipitati possono essere di calcio, ferro e zolfo
La precipitazione, in tutti i casi, è funzione di vari
parametri: temperatura, pressione, pH
I precipitati insolubili determinano inevitabilmente
l’occlusione degli erogatori
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PRINCIPALI AGENTI DELL’OCCLUSIONE NEGLI
IMPIANTI DI MICROIRRIGAZIONE
•Tra gli agenti biologici i ferrobatteri e i solfobatteri
possono far precipitare il ferro e lo zolfo, si crea una
fanghiglia (mucillagine filamentosa di colore rosso o
massa cotonosa bianca) che può intasare i gocciolatori
o fare da adesivo per le particelle di limo o di argilla
La crescita di alghe e di altre piante acquatiche
rappresenta un problema per gli impianti; le alghe
possono riprodursi velocemente (elevata presenza di
azoto e fosforo) creando non pochi problemi ai filtri e
la necessità di frequenti controlavaggi
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RISCHI DI OCCLUSIONE DEGLI EROGATORI IN FUNZIONE
DELLA PRESENZA DI FATTORI DI OCCLUSIONE
LIVELLO DI RISCHIO
FATTORI DI OCCLUSIONE
BASSO
MODERATO
ALTO
B
< 200
A
50-100
B
200-400
A
B
Solidi sospesi, mg/L
A
< 50
> 100
> 400
Conducibilità elettrica,
< 0.8
<1
0.8-3.1
1-4.5
> 3.1
> 4.5
<7
< 0.2
n.c.
< 0.5
7-8
0.2-1.5
n.c.
0.5-1.2
n.c.
< 0.1
n.c.
n.c.
< 0.7
< 250
< 25
0.1-1.5
n.c.
n.c.
0.7-1.0
250-450
25-90
>8
> 1.5
> 1.5
n.c.
n.c.
> 1.2
> 1.0
> 450
> 90
< 0.2
n.c.
0.2-2.0
n.c.
>2
n.c.
mS/cm
pH
Ferro totale, mg/L
Manganese, mg/L
Calcio, mg/L
Magnesio, mg/L
Idrogeno solforato, mg/L
A = Bucks et al. (1979); B = Capra et al. (1998); n.c. = non classificato
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COME SI PREVIENE IL FENOMENO E SI MANTIENE LA
PIENA EFFICIENZA DELL’IMPIANTO ?
¾ Occlusione fisica:
Spurgo periodico di fine linea e prima e dopo ogni
lavaggio
¾ Occlusione biologica e chimica :
Lavaggi eseguiti: prima con iniezione di prodotto
ossidante (ipoclorito di sodio o acqua ossigenata) che
dissolve la sostanza organica, e, dopo il risciacquo, con
iniezione di acidi (nitrico, fosforico o solforico) che
sciolgono i depositi o sedimenti chimici (è importante
rispettare la sequenza)
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TRATTAMENTO DELLE ACQUE
• Per prevenire l’occlusione delle luci dei gocciolatori è
opportuno trattare le acque adeguatamente
I principali tipi di trattamento sono suddivisi in:
- Fisici (sedimentazione e filtrazione)
- Chimici (acidificazione e clorazione)
Un buon trattamento, oltre a prevenire l’occlusione, deve
garantire il funzionamento dei filtri per un tempo
sufficiente alla somministrazione dei volumi irrigui senza
costringere a interventi di pulizia troppo frequenti e
onerosi
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TRATTAMENTI FISICI
¾ Vasche di sedimentazione: riduzione del materiale in
sospensione, se il prelievo avviene da torrenti con notevole
trasporto solido;
¾ Separatori a vortice o idrocicloni: eliminazione della sabbia
e particelle pesanti (acque di pozzi);
¾ Filtri a graniglia o a sabbia: rimozione di solidi leggeri in
sospensione, quali alghe, mucillagini, filamenti e altri
materiali organici (acque prelevate da serbatoi o corsi
d’acqua, acque reflue depurate);
¾ Filtri a rete o schermo (a pulizia manuale o a spurgo con
apertura di valvola): a valle dei filtri a sabbia e in testa ai
vari settori irrigui (acque prelevate da canali o fiumi)
¾ Filtri a dischi lamellari (a pulizia manuale o automatica): in
alternativa ai filtri a rete.
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SISTEMI DI FILTRAZIONE IN FUNZIONE DELLA PROVENIENZA E
DELLA QUALITÀ DELLE ACQUE
Qualità
Acqua di pozzo
Qualità solitamente buona con
presenza di sabbia o di melma
Acqua di lago, bacino, diga e
invaso a cielo aperto
Acqua ferma contenente alghe,
argilla, melma, ecc.
Acqua di fiume e canale
Acqua con alghe, altri corpi
organici e melma
Acqua ferrosa
Acqua di fiume o pozzo
contenente ferro
Sistema di filtrazione
Filtro idrociclone e a rete
Filtro a graniglia e a rete
Filtro a graniglia e filtro a rete
Filtro a graniglia con aggiunta
di acidi
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TRATTAMENTI FISICI
La sedimentazione è un trattamento utile quando le
acque presentano elevate concentrazioni di particelle
sospese di natura minerale; in tali condizioni i filtri
subirebbero un intasamento troppo veloce, inoltre le
particelle troppo fini si depositerebbero nelle
condotte e negli erogatori
Il volume delle vasche dipende dalla dimensione e dalla
concentrazione delle particelle da eliminare e dalla
portata d’acqua depurata che si vuole ottenere
Le vasche di sedimentazione possono servire anche da
vasche di aerazione per favorire la precipitazione
chimica del ferro
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TRATTAMENTI FISICI
La filtrazione può essere realizzata con diversi tipi di filtri,
scelti in relazione al tipo di sostanze da eliminare
- filtro a vortice o idrociclone, sfrutta la forza centrifuga
per separare le particelle di sabbia;
- filtro a graniglia o a sabbia, destinato a trattenere le
sostanze organiche in sospensione;
- filtro a rete e a dischi, trattengono le particelle solide
aventi dimensione superiore a quelle dei passaggi interni del
filtro.
La scelta di uno o più tipi di filtro da impiegare dipende
dalla qualità dell'acqua e dal tipo di erogatore cui l'acqua è
destinata. I filtri, inoltre, devono essere dimensionati in
funzione della portata da filtrare, al fine di evitare
eccessive perdite di carico e rapido intasamento.
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LIVELLO DI FILTRAZIONE
• Il grado di filtrazione si misura
in mesh, nei modelli in commercio
varia tra 18 e 600
• Il mesh equivale al numero dei
fori contenuti in un pollice
lineare (100 mesh = 100 fori in
25,4 mm di lunghezza), ad un più
elevato
numero
di
mesh
corrisponde un più spinto grado
di filtrazione
• Le dimensioni delle maglie delle
reti filtrante, espressa in mesh,
è consigliato sia compresa tra
1/7 e 1/10 del minimo diametro
di
passaggio
all’interno
dell’erogatore utilizzato.
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CORRISPONDENZA FRA MESH, LATO DEI FORI (mm),
E DIAMETRO DELLA SEZIONE DEGLI EROGATORI
(mm) DA PROTEGGERE
Mesh
Dimensione dei fori, mm
Sezione minima erogatori, mm
Mesh
Dimensione dei fori, mm
Sezione minima erogatori, mm
20
40
80
100
0,711
0,420
0,180
0,152
5
3
1,2
1.0
120
150
180
200
0,125
0,105
0,089
0,074
0,9
0,7
0,6
0,5
Per proteggere adeguatamente gli erogatori la dimensione dei
fori del filtro deve essere almeno pari a circa 1/7 di quella
minima di passaggio dell’ergatore
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Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/1
I filtri idrocicloni eliminano attraverso
la forza centrifuga grandi quantità di
sabbia, di solito contenute in acque di
pozzo o fiume. Tali filtri:
• sono utilizzabili per eliminare
particelle di dimensioni superiori a
0.074 mm
• sono autopulenti
• comportano elevate perdite di carico
(5-8 m)
• sono dimensionati in funzione della
portata
• spesso sono seguiti da filtro a rete
per eliminare le particelle sfuggite
• non eliminano sostanze organiche
17
Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/2
18
Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/3
19
Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/4
20
Filtri a sabbia (a graniglia)
• I filtri a sabbia sono i più adatti a
filtrare
acque
con
forti
concentrazioni di sostanza sia
organica (alghe, batteri, muschio)
che minerale
• La filtrazione avviene facendo
attraversare all’acqua uno strato di
materiale filtrante costituito da
particelle silicee o granitiche
contenute in serbatoi a pressione
Tali filtri sono utilizzabili per
eliminare particelle di dimensioni
superiori a 0.074 mm
21
Filtri a sabbia (a graniglia)
• La superficie filtrante
del filtro dipende dalla
portata
e
dalla
concentrazione
di
sostanze inquinanti (da
10 a 20 L/s/m2)
• I materiali più utilizzati
sono granito triturato
(graniglia)
e
silice
triturato (sabbia)
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Filtri a sabbia (a graniglia)
• Questo tipo di filtri vengono
lavati
invertendo
la
direzione del flusso, che
espande
la
sabbia
liberandola dalle impurità
• La portata di lavaggio va
dimensionata:
non
deve
essere
troppo
bassa
altrimenti la sabbia non si
espande né troppo alta pena
l’espulsione della sabbia dal
filtro
• La portata va scelta in
funzione delle dimensioni
del contenitore e di quelle
della sabbia
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Manutenzione dei filtri a sabbia
¾ Lavaggi frequenti per evitare l’aggregazione ed il
compattamento della sabbia (specie se l’acqua contiene
ferro o manganese)
¾ Lavaggio e clorazione a fine stagione (per impedire la
formazione di microrganismi)
¾ Svuotamento e asciugatura
stagione
del serbatoio a fine
¾ Controlli dei livelli di sabbia
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Filtri a rete/1
• I filtri a rete sono i più comuni, sono adatti ad eliminare solidi
in sospensione di natura inorganica e piccole quantità di
sostanza organica
25
Filtri a rete/2
Flusso centrifugo
manometri
so
s
re
g
n
i
ta
ci
us
ta
ci
us
Rete inox
Valvola per lo
spurgo
26
Filtri a rete/3
Occorre scegliere le dimensioni del corpo del filtro e quelle dei fori della rete
27
Filtri a rete/4
• I filtri a rete richiedono operazioni di pulizia la cui
frequenza dipende dalla concentrazione di solidi sospesi
• La pulizia può
automatica
essere
manuale
(smontaggio
filtro)
o
• Quando la rete si intasa le
perdite di carico sono elevate
e la pressione può allargare le
maglie delle reti di plastica
forzando le particelle ad
attraversarle
28
Filtri a rete/5
29
Filtri a rete/6
30
Filtri a dischi lamellari/1
Elemento filtrante:
Filtro a dischi
a
cit
us
o
ss
e
r
i ng
o
ss
e
r
i ng
Flusso centripeto
31
Filtri a dischi lamellari/2
I filtri a dischi hanno
funzioni e comportamento
simili a quelli dei filtri a rete,
ma l’organo filtrante è
costituito da dischi scanalati
attraverso cui filtra l’acqua.
La pulizia è più rapida
rispetto al filtro a rete, è
ottenuta
semplicemente
allentando la vite che tiene
uniti i dischi
32
Filtri a dischi lamellari/3
33
Filtri a dischi lamellari/4
34
Filtri a dischi lamellari/5
35
Filtri a dischi lamellari/6
36
Filtri a dischi lamellari/7
37
Fertirrigazione
•Tecnica che permette l’apporto degli elementi minerali alle
colture unitamente all’acqua di irrigazione
• obiettivo: migliorare lo sviluppo e la qualità delle produzioni
(soprattutto in terreni facilmente dilavabili)
• occorre attenzionare :
• la solubilità in acqua del concime,
• L’assenza di aggressività chimica per le componenti
dell’impianto
• i fertilizzanti, che abbiano una buona mobilità nel terreno
per raggiungere in breve tempo l’apparato radicale ed essere
prontamente assimibilabile
• l’omogeneità di distribuzione
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Fertirrigatori/1
•
Per la distribuzione dei nutrienti abbiamo:
•
attrezzature che sfruttano l’energia dell’acqua;
•
attrezzature che sfruttano proprie fonti di energia
I fertirrigatori appartengono al primo gruppo, richiedono
un’elevata pressione di funzionamento (2-4 bar)
Ne esistono di diverse tipologie:
• a pressione differenziale (miscelatori)
• con miscelatore ad eiettore (tubo di Venturi)
• con pompe a iniezione
39
Fertirrigatori/2
40
Fertirrigatori/3
Il
fertirrigatore
a
pressione
differenziale: consiste in un grosso
recipiente
di
acciaio
zincato
contenente concime a cui vengono
collegati, rispettivamente, un tubo in
entrata che scioglie il concime ed uno
in uscita che ne trascina una certa
quantità nell’impianto
Questo fertirrigatore, pur non
consentendo di regolare il tasso di
concentrazione dei fertilizzanti da
somministrare è il più diffuso
(convenienza economica)
41
Fertirrigatori/4
Il fertirrigatore con miscelatore ad eiettore (tubo di Venturi):
consta di un apparecchio che produce una depressione, ottenuta
inserendo una strozzatura fissa ed un by-pass di collegamento
tra il tratto antecedente la strozzatura ed il successivo
La depressione consente l’aspirazione del fertilizzante da un
recipiente aperto, la cui intensità è determinata dalla portata e
quindi dalle dimensioni del tubo Venturi
Questo
fertirrigatore
consente di regolare la
quantità di fertilizzante
da somministrare
42
Fertirrigatori/5
Il fertirrigatore con pompe ad iniezione: consiste in una pompa
idraulica a stantuffo azionata dalla pressione idraulica
dell’impianto irriguo. La quantità di soluzione iniettata è in
funzione delle pulsazioni dello stantuffo azionato dalla
pressione di esercizio dell’impianto irriguo
È
il
fertirrigatore
migliore, consente di
regolare quantità e tasso
di iniezione, inoltre è il
più flessibile, si può
spostare ed adattare ad
altri impianti
43
Fertirrigatori/6
44
Confronto tra i dispositivi per la fertirrigazione
45
Elettropompe dosatrici
Le attrezzature per la distribuzione dei concimi che
utilizzano fonti energetiche proprie sono rappresentate
dalle pompe elettropompe dosatrici
Si tratta di elettropompe dotate di contenitori e di
apparecchiature per l’iniezione di varie sostanze chimiche
nelle reti irrigue
Sono usate nell’industria per
correggere chimicamente la
qualità delle acque utilizzate
nei processi di lavorazione e
spesso sono dotate di
meccanismi per l’automazione
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Trattamento chimico: acidificazione
Il trattamento chimico delle acque può comportare problemi,
esistono
rischi
per
operatori,
animali,
fonti
di
approvvigionamento ed impianti
L’acidificazione serve per mantenere basso il pH (<4) in maniera
da evitare la precipitazione dei carbonati e del ferro, per
controllare lo sviluppo di microrganismi e per potenziare
l’effetto della clorazione
L’acidificazione va utilizzata in maniera preventiva prima che
gli erogatori si occludano, in maniera intermittente
Gli acidi più utilizzati sono: acido solforico, fosforico e
muriatico, il volume da usare dipende da molti fattori
(concentrazione, portata, pH,...)
Viene di norma praticata per tempi limitati (1/2 ora, 1 ora) alla
chiusura dell’impianto (chiuso poi per 24 ore), occorre
aggiungere acido all’acqua e mai il viceversa
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Trattamento chimico: clorazione/1
La clorazione risulta efficace per la soluzione dei problemi di
occlusione dovuti a microrganismi (alghe, batteri, funghi) e ai
precipitati batterici del ferro e/o solfuri
I composti del cloro più utilizzati sono gli ipocloriti (di calcio
solido, di sodio liquido) e il gas di cloro (più economico ma più
pericoloso)
L’efficacia della clorazione dipende dal pH: un pH acido
comporta elevata presenza di acido ipocloroso molto efficace
contro i microrganismi
Il trattamento con cloro può essere:
• continuo (1-2 mg/L)
• intermittente (10-20 mg/L)
• stroncante (> 500 mg/L) => superclorazione
L’iniezione di cloro va effettuata con l’impianto in funzione e a
monte della testa di filtraggio, togliendo al filtro il ruolo di
probabile incubatore dello sviluppo microrganico
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Trattamento chimico: clorazione/2
La quantità di cloro da iniettare si esprime con la velocità di
iniezione secondo la formula:
Vi = (0,36 x Q x C)/S
Vi = velocità di iniezione del cloro (L/h)
Q = portata dell’impianto da trattare (L/s)
C = concentrazione del cloro desiderata (mg/L)
S = concentrazione della soluzione adoperata (%)
Es. si vuole iniettare in maniera continua candeggina da cucina
(5,25% di cloro attivo) per ottenere nel punto di iniezione un
livello di cloro pari a 1,5 mg/L, la portata dell’impianto sia pari a
8 L/s. in tal caso la velocità a cui si dovrà iniettare la
candeggina sarà pari a Vi = (0,36 x 8 x 1,5)/5,25 = 0,82 L/h
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