EXP 1 EXP 2 EXP 3 Provenienza
6.3 Realizzazione del proprotipo
Data la complessità della geometria dell’impianto pilota si è optato per la realizzazione del prototipo tramite stampaggio tridimensionale. La costruzione del prototipo potrebbe essere anche eseguita in maniera artigianale ma ciò comporterebbe notevoli svantaggi sia da un punto di vista economico sia da un punto di vista di tempi di produzione, eccessivamente lunghi.
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La scelta della possibile realizzazione del prototipo mediante stampa 3D deriva dal fatto che quest’ultima è una tecnologia in costante crescita e sviluppo e negli ultimi anni ha offerto soluzioni all’avanguardia nel campo della prototipazione rapida. La tecnologia di modellazione scelta viene definita “a deposizione fusa” (FDM: Fused Deposition Modeling) e costruisce le parti del prototipo strato per strato in base a percorsi controllati tramite software. L’FDM “utilizza due materiali per eseguire il lavoro di stampa: il materiale di modellazione che costituisce il pezzo finito ed il materiale di supporto che funge da impalcatura. Al termine del processo l’utente rimuove il materiale di supporto o lo dissolve in una soluzione a base di acqua e la parte è pronta ad essere utilizzata” [54].
Uno dei vantaggi fondamentali della stampa 3D FDM, oltre alla rapidità con cui gli oggetti possono essere prodotti rispetto agli strumenti tradizionali, è quello di produrre un pezzo nel modo più efficace ed efficiente possibile. Infatti la maggior parte dei prodotti realizzati con tecnologie tradizionali necessitano di un gran numero di passaggi e ciò influenza notevolmente la qualità e la produzione dell’idea. La stampa 3D invece produce il pezzo in una sola fase, senza la necessità di interferire durante la produzione: una volta portata a termine la modellazione di un file CAD, essa può essere inviata alla stampa che in maniera autonoma si occuperà della sua realizzazione.
Per quanto riguarda i costi, essi sono derivanti dalla sommatoria di tre aliquote: il costo di funzionamento della macchina, il costo della materia prima ed il costo della manodopera. Il risparmio è comunque notevole rispetto ai metodi di prototipazione tradizionali. Interfacciandosi con varie aziende in tutta Italia, ci è stato consigliato di realizzare il nostro impianto pilota utilizzando come materiali di stampa o il PLA (acido polilattico) oppure il PETG (variante del polietilene tereftalato). Se realizzato in PLA è necessario prevedere un trattamento finale superficiale per aumentarne la resistenza nei confronti di soluzioni acide (vetroresina catalizzata). Mentre il PETG ha ottime caratteristiche che racchiudono i “pregi” del PLA (come ad esempio la bassissima tendenza al ritiro, deformazione e distacco) e dell’ABS (come ad esempio la resistenza), è ideale per stampi di grande formato ed inoltre è pressoché inattaccabile da acidi/basi ed ambienti salini.
Sono stati eseguiti tre preventivi presso tre aziende diverse di stampaggio e prototipazione 3D (costi complessivi di pulitura – assemblaggio e sigillatura delle parti a tenuta stagna post- lavorazione):
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Costo Tempo di stampa
Preventivo N°1 3700 € 1 11 giorni
Preventivo N°2 ≃5000 € 2 11 giorni
Preventivo N°3 6970 € 3 20 - 22 giorni
1 – IVA e trasporto escluso; 2 – IVA e trasporto incluso;
3 – Realizzazione prototipo in ABS mediante lavorazione CNC: macchine a controllo numerico che lavorano in maniera “sottrattiva”, in
cui si parte da un blocco solido che viene lavorato dalla fresatrice che inizia ad assottigliarlo fino a dargli la forma finale (procedimento opposto alla stampa 3D FDM).
Negli allegati I/II/III/IV alla seguente tesi sono riportate le tavole di progetto di ogni singolo componente dell’impianto pilota.
Di seguito si riportano i risultati in termini di tensione e costo complessivo dell’energia al variare della resistività (R) e del tempo di decontaminazione prefissato (T), come descritto nel capitolo 4.4 al quale si rimanda.
V
(m3) (mesi) T (m2MI /V*s) (Ωm) R Dist. (m) (A/mDens. 2) Tensione (V) Potenza (kW) Energia (kWh) energia kWh/mCosto 3
0,03 2 0,1*10-8 0,2 0,2 80 3,20 0,04 55 17 1.843 0,03 2 0,1*10-8 0,3 0,2 80 4,80 0,06 83 25 2.765 0,03 2 0,1*10-8 0,5 0,2 80 8,00 0,10 138 41 4.608 0,03 2 0,1*10-8 0,8 0,2 80 12,80 0,15 221 66 7.373 0,03 2 0,1*10-8 1 0,2 80 16,00 0,19 276 83 9.216 0,03 2 0,1*10-8 1,2 0,2 80 19,20 0,23 332 100 11.059 0,03 2 0,1*10-8 1,5 0,2 80 24,00 0,29 415 124 13.824 V
(m3) (mesi) T (m2MI /V*s) (Ωm) R Dist. (m) (A/mDens. 2) Tensione (V) Potenza (kW) Energia (kWh) energia kWh/mCosto 3
0,03 3 0,1*10-8 0,2 0,2 80 3,20 0,04 83 25 2.765 0,03 3 0,1*10-8 0,3 0,2 80 4,80 0,06 124 37 4.147 0,03 3 0,1*10-8 0,5 0,2 80 8,00 0,10 207 62 6.912 0,03 3 0,1*10-8 0,8 0,2 80 12,80 0,15 332 100 11.059 0,03 3 0,1*10-8 1 0,2 80 16,00 0,19 415 124 13.824 0,03 3 0,1*10-8 1,2 0,2 80 19,20 0,23 498 149 16.589 0,03 3 0,1*10-8 1,5 0,2 80 24,00 0,29 622 187 20.736 V
(m3) (mesi) T (m2MI /V*s) (Ωm) R Dist. (m) (A/mDens. 2) Tensione (V) Potenza (kW) Energia (kWh) energia kWh/mCosto 3
0,03 6 0,1*10-8 0,2 0,2 80 3,20 0,04 166 50 5.530 0,03 6 0,1*10-8 0,3 0,2 80 4,80 0,06 249 75 8.294 0,03 6 0,1*10-8 0,5 0,2 80 8,00 0,10 415 124 13.824 0,03 6 0,1*10-8 0,8 0,2 80 12,80 0,15 664 199 22.118 0,03 6 0,1*10-8 1 0,2 80 16,00 0,19 829 249 27.648 0,03 6 0,1*10-8 1,2 0,2 80 19,20 0,23 995 299 33.178 0,03 6 0,1*10-8 1,5 0,2 80 24,00 0,29 1.244 373 41.472
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V
(m3) (mesi) T (m2MI /V*s) (Ωm) R Dist. (m) (A/mDens. 2) Tensione (V) Potenza (kW) Energia (kWh) energia kWh/mCosto 3
0,03 10 0,1*10-8 0,2 0,2 80 3,20 0,04 276 83 9.216 0,03 10 0,1*10-8 0,3 0,2 80 4,80 0,06 415 124 13.824 0,03 10 0,1*10-8 0,5 0,2 80 8,00 0,10 691 207 23.040 0,03 10 0,1*10-8 0,8 0,2 80 12,80 0,15 1.106 332 36.864 0,03 10 0,1*10-8 1 0,2 80 16,00 0,19 1.382 415 46.080 0,03 10 0,1*10-8 1,2 0,2 80 19,20 0,23 1.659 498 55.296 0,03 10 0,1*10-8 1,5 0,2 80 24,00 0,29 2.074 622 69.120
7. Conclusioni
Il lavoro del presente elaborato di tesi ha l’obiettivo di dimostrare come i sedimenti marini provenienti dal dragaggio dei bacini portuali possono essere decontaminati e di conseguenza dimostrare la potenzialità di riutilizzo dei sedimenti stessi.
In Italia, ad oggi, i sedimenti di dragaggio contaminati ma non pericolosi per l’ambiente e per la salute dell’uomo vengono spesso collocati nei porti all’interno di vasche di colmata, mentre le matrici considerate pericolose e nocive vengono conferite direttamente in discarica e trattate come rifiuti speciali. Questi provvedimenti, differentemente dalla maggior parte dei paesi stranieri, relativi alla gestione dei sedimenti appartengono ad una mentalità retrograda e superata. Oltretutto, nel nostro Paese, non è stata ancora redatta un’unica normativa per quanto riguarda il dragaggio e la gestione dei sedimenti marini, nonostante quest’ultime siano considerate attività “critiche” dal punto di vista dell’impatto ambientale. L’unico documento che tratta la tematica relativa alla movimentazione, al campionamento ed ai metodi di analisi e classificazione qualitativa del materiale sedimentario in ambito marino è il “Manuale per la movimentazione di sedimenti marini” redatto nel 2007 da ISPRA (“Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale”) e APAT (“Agenzia per la Protezione dell'Ambiente e per i servizi Tecnici”). Inoltre lo spazio nelle vasche di colmata e nelle discariche è sempre minore e queste zone sono ormai sature, o quasi: per questo motivo è assolutamente indispensabile mettere a punto e migliorare le tecniche di bonifica dei sedimenti di dragaggio contaminati in modo da evitare lo smaltimento del materiale stesso ed incoraggiarne il riutilizzo.
In modo specifico il lavoro svolto in questa tesi fa parte dell’attività di ricerca del progetto GRRinPORT (acronimo di “Gestione sostenibile dei Rifiuti e dei Reflui nei porti”), finanziato dal Programma Interreg Marittimo Italia – Francia avviato nell’aprile del 2018 che avrà una durata triennale, fino quindi al 2021. La sperimentazione riguarda i porti di Piombino, Livorno, Ajaccio e Cagliari e l’obiettivo generale è quello di “migliorare la qualità
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delle acque marine nei porti limitando l’impatto del traffico marittimo e dell’attività portuale”.
Il nostro obiettivo è stato quello di studiare le condizioni operative del processo di decontaminazione elettrocinetica applicato alla bonifica dei sedimenti marini di dragaggio inquinati da vari contaminati, quali metalli pesanti tra cui Arsenico, Cadmio, Mercurio, Nichel, Piombo, Rame, etc.
Sono stati svolti dei test di laboratorio utilizzando una cella rettangolare di plexiglass progettata e sviluppata da Masi et al. [23] durante le prove di laboratorio effettuate prima della costruzione dell’impianto pilota del progetto Life+ Sekret. Sono state eseguite due applicazioni del processo elettrocinetico ai sedimenti di dragaggio del porto di Piombino, i primi provenienti dall’Area Darsena Lucchini ed i secondi dall’Area Vasca Piccola. Sono stati raggiunti risultati molto positivi: in soli 30 giorni di test, eseguiti applicando agli elettrodi una corrente costante pari a 0.5A, si sono raggiunte percentuali di rimozione di alcune tipologie di metalli pesanti elevate.
Al termine dei test, per valutare la % di rimozione dei contaminanti (metalli pesanti), si sono utilizzate due metodologie di studio differenti: alla fine dell’EXP. N°1 (Darsena Lucchini) si sono analizzate le concentrazioni degli inquinanti trasportati durante il processo elettrocinetico, presenti nell’elettrolita, mentre per l’EXP. N°2 (Vasca Piccola) il materiale a fine esperimento è stato suddiviso in tre parti uguali e caratterizzato dal punto di vista chimico.
L’EXP. N°2 ha mostrato una percentuale di rimozione superiore all’80% per quanto riguarda Antimonio e Selenio, pari a circa il 62% per il Mercurio, del 50% per il Rame, del 35% per Arsenico, Berillio e Nichel, e del 25% per lo Stagno.
L’EXP. N°1 invece ha mostrato una percentuale di rimozione più bassa e pari a circa il 32% per il Rame, del 10-17% per Antimonio, Mercurio e Nichel e < al 10% per Arsenico, Piombo e Zinco.
Soprattutto per quanto riguarda l’EXP. N°2 si nota dalle analisi chimiche una maggiore riduzione dei contaminanti in corrispondenza della sezione più vicina alla cella anodica, dovuta alla maggiore acidificazione e quindi al maggior desorbimento e trasporto verso il sedimento non acidificato, ed in corrispondenza della sezione in prossimità della cella
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catodica, dovuta al dosaggio automatizzato e controllato di acido nitrico che consente il mantenimento di condizioni acide (pH ≃ 3) facilitando il desorbimento degli inquinanti. Infine, all’attività sperimentale di laboratorio è stata affiancata anche una parte progettuale, costituita dalla prototipazione di un impianto pilota di decontaminazione elettrocinetica di forma cilindrica che verrà utilizzato in future applicazioni. Questa particolare forma è stata scelta in modo che il flusso elettrico che viene generato dall’applicazione di correnti elettriche a bassa intensità sia diretto radialmente dalla zona esterna verso la zona interna. L’intento è quello di passare da una configurazione a maglia quadrata/rettangolare ad una costituita da maglie di forma esagonale e di valutarne gli aspetti benefici che ne risulteranno.
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