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Monitoraggio quali-quantitativo delle acque reflue: dispositivi

Umberto Sanfilippo

Politecnico di Milano – DICA Sez. SIACentro Studi Idraulica Urbana (CSDU)

Convegno di Formazione «Monitoraggio e controllo in tempo reale

dei sistemi di Fognatura»Ecomondo – Fiera di Rimini

Monitoraggio quali-quantitativo delle acque reflue: dispositivi - U. Sanfilippo

2Sommario

1. Strumenti di misura della portata;

2. Strumenti di misura dei parametri di qualità:

a) Misure di tipo continuo,

b) Misure di tipo discontinuo;

3. Stazioni di misura integrate;

4. Problemi d'installazione e di gestione.


31. Strumenti di misura della portata

Aste idrometriche associate a scale delle portate:• In condizioni di corrente

in moto uniforme, • In condizioni di corrente

in moto permanente;



Idrometri a galleggiante associate a scale delle portate:

• In condizioni di corrente in moto uniforme,

• In condizioni di corrente in moto permanente;



Sonde a ultrasuoni o radar associate a scale delle portate:

• In condizioni di corrente in moto uniforme, • In condizioni di corrente in moto permanente;



Sonde di pressione associate a scale delle portate:• In condizioni di corrente in moto uniforme, • In condizioni di corrente in moto permanente;• Varie tipologie:

� Gorgogliatori a bolle(sonde di pressione pneumatiche);

� Sonde di pressione a membrana;� Trasduttori di pressione:

� Capacitivi,� Induttivi,� Piezoelettrici,� Piezoresistivi,� Resisitivi;



Misure di livello associate a scale delle portate:• Vantaggi:

� Semplicità d’installazione,� Relativa economicità;

• Svantaggi:� Richiedono accurate e complesse tarature,

a rigore da ripetersi periodicamente;� Per le aste idrometriche non è possibile la telelettura;� Le sonde a ultrasuoni non possono essere sommerse;� Elevate incertezze nel caso di condotti a forte pendenza.



Dispositivi idraulici:• Stramazzi

in parete sottile:



Dispositivi idraulici:• Stramazzi in parete grossa (stramazzi a larga soglia):



Dispositivi idraulici:• Misuratori a risalto (venturimetri),



Dispositivi idraulici:• Bocche a battente di altezza piccola rispetto all’affondamento:

Hg

Vh

g

VH ∆+++=++= 0

20

20

22

21

HgAQ ⋅⋅⋅⋅µ= 2



Dispositivi idraulici:• Vantaggi:

� Leggi di funzionamento già note dalla teoria dell’Idraulica (foronomia)� Standardizzazione;

• Svantaggi:� Ingombri,� Perdite geodetiche richieste,� Difficili da implementare in condotte a forte pendenza;� Richiedono comunque una misura di livello.



Misuratori magnetici:• per correnti a superficie libera;• per correnti in pressione.



Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• A sonda singola:

data logger

portataemettitore e sonda

bolle d’aria e solidi sospesi ultrasuoni incidenti

ultrasuoni riflessi

La velocità è proporzionale alla variazione di frequenza fra gli ultrasuoni emessi e quelli riflessi, mentre il sensore di pressione nel misuratore fornisce indirettamente l’area (essendo nota a priori la relazione tra altezza d’acqua e area)



Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• A sonda singola:



Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• A sonda multipla:



Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• Vantaggi:

� Buona accuratezza,� Spostabili con relativa facilità;

• Svantaggi:� Gli strumenti di registrazione (data logger)

vanno adeguatamente protetti,� Vulnerabili all’occlusione

della sonda (tipicamente sacchetti e stracci);

� Posizionamento e fissaggio della sonda sul fondo spesso non agevole;

� Misure non affidabili per bassi tiranti idrici.

0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1Q (m³/s)

EVEN T 278 0 0

7 0 0

6 0 0

5 0 0

4 0 0

3 0 0

2 0 0

1 0 0

0

Relationship betw een w ater dep th h and discharge Q in section F2

h (mm)



Misuratori area-velocity radar a effetto Doppler:

Sensore radar di velocità Sensore si livello a ultrasuoni Legame area-livello noto+ +

portata = velocità × area

⇓



Misuratori area-velocity radar a effetto Doppler:• Vantaggi:

� Dispositivo all’asciutto;� Relativa facilità di montaggio e smontaggio.

• Svantaggi:� Misure non affidabili

per bassi tiranti idrici.� Costo (attualmente) elevato, nell’ordine del doppio di quelli a

ultrasuoni a effetto Doppler;



Misuratori di portata elettromagnetici per tubazioni in pressione (condotte di mandata a valle di sollevamento):



Misuratori di portata a ultrasuoni a tempo di volo per tubazioni in pressione (condotte di mandata a valle di sollevamento):


232. Strumenti di misura dei parametri di qualità

a) Misure di tipo continuo:Torbidimetri:



a) Misure di tipo continuo:Conducimetri:



a) Misure di tipo continuo:Misuratori di pH (piaccametri):



a) Misure di tipo continuo:Sonde di ossigeno disciolto (o «Dissolved Oxygen», DO):


273. Stazioni di misura integrate

Sonde multiparametriche:• Misurano contemporaneamente

uno o più dei seguenti parametri:� Torbidità,� pH,� Conducibilità,� Temperatura,� DO;� …



b) Misure di tipo discontinuo:Campionatori a bottiglie (poi portate in laboratori di analisi biochimiche):

• BOD,• COD,• SS,• TOC• pH,• N e P• ecc.



Il settore di attuale e futuro sviluppo: rilevazione microinquinanti:• Tema di grande attualità;• Normative in divenire;• Misure in continuo;• Misure in discontinuo;• Elevato numero di possibili microinquinanti da scansire,

di natura anche molto diversa fra loro;• Sensori di natura innovativa o basati su tecnologie già in parte

note (ad esempio sensori a fluorescenza).



Laboratori mobili da campo:



Laboratori mobili da campo:• Vantaggi:

� Stazioni di misura totali per la misura di pressoché tutte le grandezze sia quantitative che qualitative,

� Idonei per campagne di misura a spot su varie sezioni anche di una stesso sistema di drenaggio,

� Trasportabilità;

• Svantaggi:� Costi altissimi;� Destinate a usi particolari e per brevissimi periodi.


324. Problemi d'installazione e di gestione

Problemi d’installazione (1/2):• Definizione degli obiettivi e della estensione del monitoraggio;• Individuazione dei parametri da misurare;• Scelta ottimale della posizione in rete ove collocare la stazione di

monitoraggio o le stazioni di monitoraggio;� Ricerca fonti inquinanti � brevissima durata

(pochi giorni);� Calibrazione modelli afflussi-deflussi � breve durata

(da alcune settimane a qualche mese);� Sorveglianza e monitoraggio� lunga durata o permanenti;



Problemi d’installazione (2/2):• Collocazione accessibile ma al contempo protetta da:

� Possibili danneggiamenti in caso di eventi di piena con elevate velocità e/o elevati tiranti idrici,

� Vandalismi e furti.

• Alimentazione elettrica:� da rete, purché accessibile nelle vicinanze, � da batterie, purché di capacità sufficiente,� con pannelli solar, purché producano energia sufficiente;

• Linee di comunicazione per telecontrollo e teletrasmissione dati.



Problemi di gestione:• Formazione e aggiornamento del personale;• Pulizia e manutenzione;• Sorveglianza;• Assicurazione contro danni e furto;• Validazione e analisi preliminare dei dati;• Formato e archiviazione dei dati• Protezione dei dati sensibili nei confronti di terzi;• Sicurezza degli operatori;• Rimozione sicura;• Consuntivo costi-benefici.


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Grazie per l’attenzione

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