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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIAUNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CATANIADipartimentoDipartimento di di IngegneriaIngegneria AgrariaAgraria

CORSO DI IMPIANTI IRRIGUICORSO DI IMPIANTI IRRIGUI

A CURA DI:PROF. GIUSEPPE LUIGI CIRELLIING. ROSY AIELLO

PROF. G.L. CIRELLI

Sistemi di filtrazione e Sistemi di filtrazione e fertirrigazionefertirrigazione((paggpagg. 1-49). 1-49)

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L’OCCLUSIONE DEGLI EROGATORI

• Il fenomeno dell’occlusione dipende soprattutto dalla qualitàdell’acqua utilizzata a scopo irriguo

• Nonostante gli sforzi della ricerca per ridurre e valutare ilrischio di occlusione degli erogatori, non esiste ancora oggi unmetodo analitico di risoluzione

• le cause che determinano l’occlusione non dipendono solo dallaqualità 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 EROGATORII sistemi microirrigui sono caratterizzati da un elevatonumero di erogatori con orifizi facilmente ostruibili dadiverse tipologie di agenti, presenti all’interno delle acqueutilizzate a scopo irriguoGli 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 dipesce, alghe, ecc.)

L’intasamento può essere provocato da un’ interazione dei diversifattori

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PRINCIPALI AGENTI DELL’OCCLUSIONENEGLI IMPIANTI DI MICROIRRIGAZIONE

Inorganici Carbonati di Ca, Mgpiccoli 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 pesantiOrganici in

decomposizioneFertilizzanti

- vegetali - fosfati- animali - ammoniaca liquida- batteri - ferro, zinco, manganese

FISICI CHIMICI BIOLOGICI

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PRINCIPALI AGENTI DELL’OCCLUSIONE NEGLIIMPIANTI DI MICROIRRIGAZIONE

•Gli agenti fisici possono provenire dalla fonte diapprovvigionamento idrica o svilupparsi nell’impianto

Le particelle inorganiche più fini (limo, argilla) sidepositano nelle zone dell’impianto in cui la velocità èpiù bassa (parte finale delle ali erogatrici e lungo lepareti dei gocciolatori a lungo percorso). L’occlusioneche ne segue può non essere rapida ma è inevitabile

Potrebbe verificarsi un’aggregazione di particelle fini acausa della presenza di particelle organiche legantiInoltre insetti, residui di nastri di teflon e tubi di PVCpossono penetrare nell’impianto durante l’installazione

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•Gli agenti chimici comportano problemi a causa deiprecipitati

I precipitati possono essere di calcio, ferro e zolfo

La precipitazione, in tutti i casi, è funzione di variparametri: temperatura, pressione, pH

I precipitati insolubili determinano inevitabilmentel’occlusione degli erogatori

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•Tra gli agenti biologici i ferrobatteri e i solfobatteripossono far precipitare il ferro e lo zolfo, si crea unafanghiglia (mucillagine filamentosa di colore rosso omassa cotonosa bianca) che può intasare i gocciolatorio fare da adesivo per le particelle di limo o di argilla

La crescita di alghe e di altre piante acquaticherappresenta un problema per gli impianti; le alghepossono riprodursi velocemente (elevata presenza diazoto e fosforo) creando non pochi problemi ai filtri ela necessità di frequenti controlavaggi

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RISCHI DI OCCLUSIONE DEGLI EROGATORI IN FUNZIONEDELLA PRESENZA DI FATTORI DI OCCLUSIONE

A B A B A BSolidi sospesi, mg/L < 50 < 200 50-100 200-400 > 100 > 400

< 0.8 < 1 0.8-3.1 1-4.5 > 3.1 > 4.5

pH < 7 n.c. 7-8 n.c. > 8 n.c.Ferro totale, mg/L < 0.2 < 0.5 0.2-1.5 0.5-1.2 > 1.5 > 1.2Manganese, mg/L < 0.1 < 0.7 0.1-1.5 0.7-1.0 > 1.5 > 1.0Calcio, mg/L n.c. < 250 n.c. 250-450 n.c. > 450Magnesio, mg/L n.c. < 25 n.c. 25-90 n.c. > 90Idrogeno solforato, mg/L < 0.2 n.c. 0.2-2.0 n.c. > 2 n.c.

Conducibilità elettrica, mS/cm

LIVELLO DI RISCHIOFATTORI DI OCCLUSIONE

BASSO MODERATO ALTO

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 LAPIENA EFFICIENZA DELL’IMPIANTO ?

Occlusione fisica:Spurgo periodico di fine linea e prima e dopo ognilavaggio

Occlusione biologica e chimica :Lavaggi eseguiti: prima con iniezione di prodottoossidante (ipoclorito di sodio o acqua ossigenata) chedissolve la sostanza organica, e, dopo il risciacquo, coniniezione di acidi (nitrico, fosforico o solforico) chesciolgono i depositi o sedimenti chimici (è importanterispettare la sequenza)

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TRATTAMENTO DELLE ACQUE

• Per prevenire l’occlusione delle luci dei gocciolatori èopportuno 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, devegarantire il funzionamento dei filtri per un temposufficiente alla somministrazione dei volumi irrigui senzacostringere a interventi di pulizia troppo frequenti eonerosi

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TRATTAMENTI FISICIVasche di sedimentazione: riduzione del materiale insospensione, se il prelievo avviene da torrenti con notevoletrasporto solido;Separatori a vortice o idrocicloni: eliminazione della sabbiae particelle pesanti (acque di pozzi);Filtri a graniglia o a sabbia: rimozione di solidi leggeri insospensione, quali alghe, mucillagini, filamenti e altrimateriali organici (acque prelevate da serbatoi o corsid’acqua, acque reflue depurate);Filtri a rete o schermo (a pulizia manuale o a spurgo conapertura di valvola): a valle dei filtri a sabbia e in testa aivari settori irrigui (acque prelevate da canali o fiumi)Filtri a dischi lamellari (a pulizia manuale o automatica): inalternativa ai filtri a rete.

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Filtro a graniglia con aggiuntadi acidi

Acqua ferrosaAcqua di fiume o pozzocontenente ferro

Filtro a graniglia e filtro a reteAcqua di fiume e canaleAcqua con alghe, altri corpiorganici e melma

Filtro a graniglia e a rete

Acqua di lago, bacino, diga einvaso a cielo apertoAcqua ferma contenente alghe,argilla, melma, ecc.

Filtro idrociclone e a reteAcqua di pozzoQualità solitamente buona conpresenza di sabbia o di melma

Sistema di filtrazioneQualità

SISTEMI DI FILTRAZIONE IN FUNZIONE DELLA PROVENIENZA EDELLA QUALITÀ DELLE ACQUE

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TRATTAMENTI FISICI

La sedimentazione è un trattamento utile quando leacque presentano elevate concentrazioni di particellesospese di natura minerale; in tali condizioni i filtrisubirebbero un intasamento troppo veloce, inoltre leparticelle troppo fini si depositerebbero nellecondotte e negli erogatori

Il volume delle vasche dipende dalla dimensione e dallaconcentrazione delle particelle da eliminare e dallaportata d’acqua depurata che si vuole ottenere

Le vasche di sedimentazione possono servire anche davasche di aerazione per favorire la precipitazionechimica 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 centrifugaper separare le particelle di sabbia;- filtro a graniglia o a sabbia, destinato a trattenere lesostanze organiche in sospensione;- filtro a rete e a dischi, trattengono le particelle solideaventi dimensione superiore a quelle dei passaggi interni delfiltro.La scelta di uno o più tipi di filtro da impiegare dipendedalla qualità dell'acqua e dal tipo di erogatore cui l'acqua èdestinata. I filtri, inoltre, devono essere dimensionati infunzione della portata da filtrare, al fine di evitareeccessive perdite di carico e rapido intasamento.

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LIVELLO DI FILTRAZIONE

• Le dimensioni delle maglie dellereti filtrante, espressa in mesh,è consigliato sia compresa tra1/7 e 1/10 del minimo diametrodi passaggio all’internodell’erogatore utilizzato.

• Il grado di filtrazione si misurain mesh, nei modelli in commerciovaria tra 18 e 600

• Il mesh equivale al numero deifori contenuti in un pollicelineare (100 mesh = 100 fori in25,4 mm di lunghezza), ad un piùelevato numero di meshcorrisponde un più spinto gradodi filtrazione

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CORRISPONDENZA FRA MESH, LATO DEI FORI (mm),E DIAMETRO DELLA SEZIONE DEGLI EROGATORI

(mm) DA PROTEGGERE

Mesh 20 40 80 100Dimensione dei fori, mm 0,711 0,420 0,180 0,152Sezione minima erogatori, mm 5 3 1,2 1.0

Mesh 120 150 180 200Dimensione dei fori, mm 0,125 0,105 0,089 0,074Sezione minima erogatori, mm 0,9 0,7 0,6 0,5

Per proteggere adeguatamente gli erogatori la dimensione deifori del filtro deve essere almeno pari a circa 1/7 di quellaminima di passaggio dell’ergatore

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Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/1I filtri idrocicloni eliminano attraversola forza centrifuga grandi quantità disabbia, di solito contenute in acque dipozzo 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

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Filtri idrocicloni (dissabbiatori)/2

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Filtri a sabbia (a graniglia)

• I filtri a sabbia sono i più adatti afiltrare acque con forticoncentrazioni di sostanza siaorganica (alghe, batteri, muschio)che minerale

• La filtrazione avviene facendoattraversare all’acqua uno strato dimateriale filtrante costituito daparticelle silicee o granitichecontenute in serbatoi a pressione

Tali filtri sono utilizzabili pereliminare particelle di dimensionisuperiori a 0.074 mm

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• La superficie filtrantedel filtro dipende dallaportata e dallaconcentrazione disostanze inquinanti (da10 a 20 L/s/m2)

• I materiali più utilizzatisono granito triturato(graniglia) e silicetriturato (sabbia)

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• Questo tipo di filtri vengonolavati invertendo ladirezione del flusso, cheespande la sabbialiberandola dalle impurità

• La portata di lavaggio vadimensionata: non deveessere troppo bassaaltrimenti la sabbia non siespande né troppo alta penal’espulsione della sabbia dalfiltro

• La portata va scelta infunzione delle dimensionidel contenitore e di quelledella sabbia

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Manutenzione dei filtri a sabbia

Lavaggi frequenti per evitare l’aggregazione ed ilcompattamento della sabbia (specie se l’acqua contieneferro o manganese)Lavaggio e clorazione a fine stagione (per impedire laformazione di microrganismi)Svuotamento e asciugatura del serbatoio a finestagioneControlli dei livelli di sabbia

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Filtri a rete/1

• I filtri a rete sono i più comuni, sono adatti ad eliminare solidiin sospensione di natura inorganica e piccole quantità disostanza organica

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manometri

Valvola per lospurgo

Rete inox

Flusso centrifugo

ingresso

uscita

uscita

Filtri a rete/2

27Occorre scegliere le dimensioni del corpo del filtro e quelle dei fori della rete

Filtri a rete/3

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Filtri a rete/4

• I filtri a rete richiedono operazioni di pulizia la cuifrequenza dipende dalla concentrazione di solidi sospesi

• La pulizia può essere manuale (smontaggio filtro) oautomatica

• Quando la rete si intasa leperdite di carico sono elevatee la pressione può allargare lemaglie delle reti di plasticaforzando le particelle adattraversarle

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Filtri a rete/5

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Filtri a rete/6

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Filtri a dischi lamellari/1

Elemento filtrante:Filtro a dischi

Flusso centripeto

ingresso

ingresso

uscita

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I filtri a dischi hannofunzioni e comportamentosimili a quelli dei filtri a rete,ma l’organo filtrante ècostituito da dischi scanalatiattraverso cui filtra l’acqua.

La pulizia è più rapidarispetto al filtro a rete, èottenuta semplicementeallentando la vite che tieneuniti i dischi

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Fertirrigazione

•Tecnica che permette l’apporto degli elementi minerali allecolture 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 componentidell’impianto

• i fertilizzanti, che abbiano una buona mobilità nel terrenoper raggiungere in breve tempo l’apparato radicale ed essereprontamente 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, richiedonoun’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

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Fertirrigatori/2

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Fertirrigatori/3

Il fertirrigatore a pressionedifferenziale: consiste in un grossorecipiente di acciaio zincatocontenente concime a cui vengonocollegati, rispettivamente, un tubo inentrata che scioglie il concime ed unoin uscita che ne trascina una certaquantità nell’impianto

Questo fertirrigatore, pur nonconsentendo di regolare il tasso diconcentrazione dei fertilizzanti dasomministrare è il più diffuso(convenienza economica)

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Fertirrigatori/4Il fertirrigatore con miscelatore ad eiettore (tubo di Venturi):consta di un apparecchio che produce una depressione, ottenutainserendo una strozzatura fissa ed un by-pass di collegamentotra il tratto antecedente la strozzatura ed il successivo

La depressione consente l’aspirazione del fertilizzante da unrecipiente aperto, la cui intensità è determinata dalla portata equindi dalle dimensioni del tubo Venturi

Questo fertirrigatoreconsente di regolare laquantità di fertilizzanteda somministrare

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Fertirrigatori/5Il fertirrigatore con pompe ad iniezione: consiste in una pompaidraulica a stantuffo azionata dalla pressione idraulicadell’impianto irriguo. La quantità di soluzione iniettata è infunzione delle pulsazioni dello stantuffo azionato dallapressione di esercizio dell’impianto irriguo

È il fertirrigatoremigliore, consente diregolare quantità e tassodi iniezione, inoltre è ilpiù flessibile, si puòspostare ed adattare adaltri impianti

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Fertirrigatori/6

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Confronto tra i dispositivi per la fertirrigazione

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Elettropompe dosatriciLe attrezzature per la distribuzione dei concimi cheutilizzano fonti energetiche proprie sono rappresentatedalle pompe elettropompe dosatriciSi tratta di elettropompe dotate di contenitori e diapparecchiature per l’iniezione di varie sostanze chimichenelle reti irrigue

Sono usate nell’industria percorreggere chimicamente laqualità delle acque utilizzatenei processi di lavorazione espesso sono dotate dimeccanismi per l’automazione

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Trattamento chimico: acidificazioneIl trattamento chimico delle acque può comportare problemi,esistono rischi per operatori, animali, fonti diapprovvigionamento ed impianti

L’acidificazione serve per mantenere basso il pH (<4) in manierada evitare la precipitazione dei carbonati e del ferro, percontrollare lo sviluppo di microrganismi e per potenziarel’effetto della clorazioneL’acidificazione va utilizzata in maniera preventiva prima chegli erogatori si occludano, in maniera intermittenteGli acidi più utilizzati sono: acido solforico, fosforico emuriatico, il volume da usare dipende da molti fattori(concentrazione, portata, pH,...)Viene di norma praticata per tempi limitati (1/2 ora, 1 ora) allachiusura dell’impianto (chiuso poi per 24 ore), occorreaggiungere acido all’acqua e mai il viceversa

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Trattamento chimico: clorazione/1La clorazione risulta efficace per la soluzione dei problemi diocclusione dovuti a microrganismi (alghe, batteri, funghi) e aiprecipitati batterici del ferro e/o solfuriI composti del cloro più utilizzati sono gli ipocloriti (di calciosolido, di sodio liquido) e il gas di cloro (più economico ma piùpericoloso)L’efficacia della clorazione dipende dal pH: un pH acidocomporta elevata presenza di acido ipocloroso molto efficacecontro i microrganismiIl 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 amonte della testa di filtraggio, togliendo al filtro il ruolo diprobabile incubatore dello sviluppo microrganico

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Trattamento chimico: clorazione/2La quantità di cloro da iniettare si esprime con la velocità diiniezione secondo la formula:

Vi = (0,36 x Q x C)/SVi = 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 unlivello di cloro pari a 1,5 mg/L, la portata dell’impianto sia pari a8 L/s. in tal caso la velocità a cui si dovrà iniettare lacandeggina sarà pari a Vi = (0,36 x 8 x 1,5)/5,25 = 0,82 L/h

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