CORSO DI IMPIANTI IRRIGUI. Sistemi di filtrazione e fertirrigazione (pagg )

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIA Dipartimento di Ingegneria Agraria CORSO DI IMPIANTI IRRIGUI PROF. G.L. CIRELLI Sistemi di filtrazione e fertirrigazione (pagg ) A CURA DI: PROF. GIUSEPPE LUIGI CIRELLI ING. ROSY AIELLO 1

2 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. 2

3 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 3 fattori

4 PRINCIPALI AGENTI DELL OCCLUSIONE NEGLI IMPIANTI DI MICROIRRIGAZIONE FISICI CHIMICI BIOLOGICI Inorganici Carbonati di Ca, Mg piccoli animali acquatici - sabbia Solfato di Ca alghe - limo Ossido di ferro protozoi - argilla Solfuro di ferro batteri - plastica (ferrobatteri) (solfobatteri) Idrossidi, ossidi, carbonati,silicati di metalli pesanti Organici in decomposizione Fertilizzanti - vegetali - fosfati - animali - ammoniaca liquida - batteri - ferro, zinco, manganese 4

5 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

6 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 6

7 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 7

8 RISCHI DI OCCLUSIONE DEGLI EROGATORI IN FUNZIONE DELLA PRESENZA DI FATTORI DI OCCLUSIONE FATTORI DI OCCLUSIONE LIVELLO DI RISCHIO BASSO MODERATO ALTO A B A B A B Solidi sospesi, mg/l < 50 < > 100 > 400 Conducibilità elettrica, < 0.8 < > 3.1 > 4.5 ms/cm ph < 7 n.c. 7-8 n.c. > 8 n.c. Ferro totale, mg/l < 0.2 < > 1.5 > 1.2 Manganese, mg/l < 0.1 < > 1.5 > 1.0 Calcio, mg/l n.c. < 250 n.c n.c. > 450 Magnesio, mg/l n.c. < 25 n.c n.c. > 90 Idrogeno solforato, mg/l < 0.2 n.c n.c. > 2 n.c. A = Bucks et al. (1979); B = Capra et al. (1998); n.c. = non classificato 8

9 COME SI PREVIENE IL FENOMENO E SI MANTIENE LA PIENA EFFICIENZA DELL IMPIANTO? Occlusione fisica: Spurgo periodico di fine linea e prima e dopo ogni lavaggio 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) 9

10 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 10

11 TRATTAMENTI FISICI Vasche di sedimentazione: riduzione del materiale in sospensione, se il prelievo avviene da torrenti con notevole trasporto solido; Separatori a vortice o idrocicloni: eliminazione della sabbia e particelle pesanti (acque di pozzi); 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); 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) Filtri a dischi lamellari (a pulizia manuale o automatica): in alternativa ai filtri a rete. 11

12 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 12

13 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 13

14 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. 14

15 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. 15

16 CORRISPONDENZA FRA MESH, LATO DEI FORI (mm), E DIAMETRO DELLA SEZIONE DEGLI EROGATORI (mm) DA PROTEGGERE Mesh Dimensione dei fori, mm 0,711 0,420 0,180 0,152 Sezione minima erogatori, mm 5 3 1,2 1.0 Mesh Dimensione dei fori, mm 0,125 0,105 0,089 0,074 Sezione minima erogatori, mm 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 16

17 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 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

18 Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/2 18

19 Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/3 19

20 Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/4 20

21 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 mm 21

22 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/m 2 ) I materiali più utilizzati sono granito triturato (graniglia) e silice triturato (sabbia) 22

23 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 23

24 Manutenzione dei filtri a sabbia Lavaggi frequenti per evitare l aggregazione ed il compattamento della sabbia (specie se l acqua contiene ferro o manganese) Lavaggio e clorazione a fine stagione (per impedire la formazione di microrganismi) Svuotamento e asciugatura del serbatoio a fine stagione Controlli dei livelli di sabbia 24

25 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

26 Filtri a rete/2 Flusso centrifugo manometri ingresso uscita uscita Rete inox Valvola per lo spurgo 26

27 Filtri a rete/3 27 Occorre scegliere le dimensioni del corpo del filtro e quelle dei fori della rete

28 Filtri a rete/4 I filtri a rete richiedono operazioni di pulizia la cui frequenza dipende dalla concentrazione di solidi sospesi La pulizia può essere manuale (smontaggio filtro) o automatica 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

29 Filtri a rete/5 29

30 Filtri a rete/6 30

31 Filtri a dischi lamellari/1 Elemento filtrante: Filtro a dischi uscita ingresso ingresso Flusso centripeto 31

32 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

33 Filtri a dischi lamellari/3 33

34 Filtri a dischi lamellari/4 34

35 Filtri a dischi lamellari/5 35

36 Filtri a dischi lamellari/6 36

37 Filtri a dischi lamellari/7 37

38 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 38

39 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

40 Fertirrigatori/2 40

41 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

42 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

43 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

44 Fertirrigatori/6 44

45 Confronto tra i dispositivi per la fertirrigazione 45

46 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 46

47 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 47

48 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 48

49 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 49