Come già accennato l’impianto pilota progettato consiste in una vasca in cemento armato (di lunghezza 3,85 m, altezza 0,71 m e larghezza 0,71 m) all’interno della quale sono contenuti quattro cestelli contenenti i materiali reattivi da testare, connessi in serie. In Figura 7.1 è rappresentata una sezione schematica dell’impianto pilota:
L’impianto pilota è stato progettato in modo da poter testare fino ad un massimo di quattro cestelli, singolarmente sostituibili in qualsiasi momento. L’efficienza di trattamento del percolato sarà valutata campionando la soluzione effluente e sottoponendola alle diverse analisi chimiche per la determinazione delle concentrazioni di metalli pesanti, anioni, cationi e sostanza organica. Il comportamento idraulico del sistema sarà valutato grazie alla presenza di trasduttori di pressioni (fondo scala 0-1 bar), posti a monte e valle di ogni cestello.
Cestelli reattivi
I cestelli contenenti i mezzi reattivi, sono stati sviluppati in sinergia con la Tenax S.p.a., la quale ha sviluppato un procedimento produttivo in grado di realizzare le strutture di contenimento dei drenaggi reattivi; tali strutture, aventi forma cubica di lato 0,5 m, devono essere realizzate con materiali chimicamente inerti e non soggetti alla degradazione chimica e batteriologica dell’ambiente in cui saranno inseriti; inoltre devono essere adeguatamente rigide e leggere da consentirne la movimentazione, permettendo quindi la sostituzione di parti o di intere sezioni del setto reattivo.
Per garantire la movimentazione dei cestelli, a seguito del loro riempimento è stata realizzata una struttura sufficientemente rigida e leggera, mediante l’impiego di geogriglie prodotte per estrusione di polietilene ad alta densità (HDPE), stirate in direzione longitudinale. L’impermeabilizzazione laterale è stata effettuata mediante un apposito strato di membrana rinforzata in polietilene; tale materiale è stato individuato per la sua flessibilità e per la possibilità di essere piegato in modo da garantire l’aderenza con la struttura cubica. La permeabilità del materiale è pari a 1.21x10-9 cm/sec, ed è pertanto ritenuta accettabile.
Anche la resistenza a trazione, superiore a 30 kN/m in entrambe le direzioni, è ritenuta adeguata alle sollecitazioni cui la membrana potrà essere sottoposta durante le operazioni di montaggio e smontaggio del sistema.
È stato poi studiato il sistema filtrante da posizionare alla base e sulla sommità del cubo; il materiale individuato è un geotessile tessuto a maglia aperta, costituito da una orditura di 25 fili/cm in una direzione e di 8 fili/cm nell’altra direzione, con diametro dei fili pari a 0.31 mm; tale struttura assicura aperture pari a 0.09 mm x 0.94 mm, in grado di trattenere anche la frazione più fine dei reagenti impiegati senza essere intasato. La figura 7.2 mostra un particolare della struttura del cestello.
Figura 7.2: Particolare del cestello
Piastra di appoggio dei cestelli
Ogni cestello è posto su una piastra in acciaio quadrata, di lato 0,64 m, imbullonata al fondo della vasca. Al centro di questa è presente un’apertura di forma quadrata (di lato 0,37m) sulla quale è alloggiata una piastra forata per migliorare la diffusione del fluido attraverso il mezzo reattivo. Per evitare che il flusso segua come percorso di filtrazione l’interstizio tra la piastra e il fondo della vasca, sono interposte delle guarnizioni in materiale elastomerico. Per lo stesso motivo la piastra presenta un cordolo, nella parte superiore, sul quale è posta una membrana in lattice. Il carico esercitato dal peso del cestello causa la deformazione della membrana, impedendo il passaggio del flusso. Le figure 7.3 a) e b) riportano rispettivamente la pianta e la sezione longitudinale della piastra d’appoggio.
a) b)
Deflettori e copertura del sistema
Per ogni cestello sono presenti due deflettori in acciaio che consentono il passaggio del fluido al cestello successivo. Il primo è alto 0,57 m e largo 0,74 m, mentre il secondo presenta un’altezza di 0,53 m e una larghezza di 0,74 m. Tali deflettori sono saldati alla piastra d’appoggio e imbullonati a barre d’acciaio incorporate alle pareti della vasca
Poiché la vasca è pressurizzata, essa è ermeticamente sigillata da un sistema di copertura in acciaio. Tale copertura presenta uno spessore di 5 mm ed è dotata di tubi per l’espulsione di bolle d’aria o altri gas che potrebbero prodursi a seguito delle interazioni tra i materiali reattivi ed i contaminanti. La copertura è imbullonata alle pareti della vasca e a delle barre d’acciaio (Figura 7.4).
Figura 7.4: Pianta dell’impianto pilota (tutte le dimensioni sono in metri)
Queste ultime (di spessore 10 mm e larghezza 120 mm), sono disposte trasversalmente alla vasca e annegate alle pareti durante il getto del calcestruzzo. Per assicurare l’assenza di perdite di percolato, tra il sistema di copertura, le pareti della vasca e le barre d’acciaio sono poste delle guarnizioni. In Figura 7.5 è riportato un particolare dei deflettori e della copertura.
Sistema di alimentazione
Come già anticipato la predisposizione di due serbatoi a monte e a valle, permette di condurre le prove simulando diverse differenze di carico idraulico. Il primo serbatoio è munito di un sistema di troppo pieno ed è alimentato da una pompa peristaltica. Per regolare il carico idraulico, i due serbatoi sono posti su piattaforme di sollevamento. Il fluido è convogliato nella vasca attraverso un tubo in HDPE da 2,54 cm. Lungo tutta la condotta di alimentazione sono installati un misuratore di portata a monte della vasca, valvole di regolazione, rubinetti di campionamento e trasduttori di pressione tutti posti a monte e valle dei cestelli per consentire rispettivamente l’eventuale isolamento di uno o più cestelli, il campionamento della soluzione contaminata e per monitorare il comportamento idraulico dei settori reattivi. Durante la fase di avvio della sperimentazione il fluido, dopo aver saturato il primo cestello, riempie l’intercapedine compresa tra le pareti del cestello e i deflettori; successivamente passa attraverso l’interstizio presente tra il deflettore corto e la copertura e dopo esser stato incanalato in un tubo da 2,54 cm di diametro, raggiunge il cestello successivo. Dopo esser fluito attraverso tutti i cestelli, il fluido è convogliato nel serbatoio di valle. La Figura 7.6 mostra una rappresentazione schematica del percorso del fluido.
Figura 7.6: Percorso di flusso del contaminante
In Figura 7.7 è riportato il sistema di alimentazione di ogni cestello. Alcune porte di campionamento, non solo consentono il prelievo della soluzione contaminante da analizzare ma permettono anche lo spurgo nel caso ad esempio di intasamenti o depositi di prodotti di reazione. La presenza dei trasduttori di pressione, come già detto, permette di conoscere il campo di variazione della pressione del fluido durante la prova e le potenziali riduzioni della conducibilità idraulica del materiale reattivo.
Figura 7.7: Particolare della raccorderia.