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Monitoraggio
con strumentazione mobile e portatile con campionamento delle acque.
Alberto Chioetto - AST ANALYTICA srl - Membro
delle commissioni UNICHIM
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PREMESSA
È sorta la necessità di poter operare sul territorio per
controllare la qualità delle acque reflue, acque superficiali o costiere.
Il progetto si basa sulla tecnologia dei campionatori ISCO serie 6712 e
Avalanche, che utilizzano la medesima elettronica.
I primi sono ideali per studi che necessitano l’installazione del campionatore
automatico in chiusini di collettori fognari; non essendo refrigerati
attivamente, possono avere una limitazione nel tipo di indagine.
Il sistema Avalanche, invece, oltre a garantire le stesse capacità elettroniche
di operatività, programmazione e collegamenti, è dotato di refrigerazione
attiva, che garantisce la conservazione dei campioni dal momento del prelievo,
al momento dell’arrivo in laboratorio.
Come indicato dai manuali APAT/CNR IRSA e dalle norme
internazionali ISO/CEN 5667, i campioni devono essere prelevati avendo la
massima cura nel evitare fenomeni di alterazione o di cross contamination e, per
determinazioni quali BOD, COD , ciclo dell’Azoto etc, è necessario
raffreddare i campioni a temperature tra gli 1° e i 5°C per inibire l’attività
batterica e la degradazione del campione.
Anche il trasporto dei campioni è un momento cruciale, infatti, alte
temperature raggiungibili in periodi caldi, all’interno di autoveicoli, e l’esposizione
dei campioni alla luce, possono alterare i valori dei campioni (da ISO 5667-1
" il BOD di un campione può ridursi del 40% se conservato in ambiente con
alta temperatura o esposto alla luce per 8 ore in un veicolo").
Per chi lavora in regime di qualità e necessita di certificare le fasi del
campionamento, è utile poter dimostrare l’avvenuta conservazione alle giuste
temperature.
Sulla base di queste considerazioni, l’attuale progetto predilige la versione
ISCO Avalanche (refrigerato).
SCOPO
Avere un sistema che permetta di
monitorare in tempo reale parametri quali: pH, Temperatura, Conducibilità,
Ossigeno Disciolto (se richiesto), livello (velocità) e portata, intensità di
pioggia.
Il tutto asservito ad una unica elettronica di controllo e registrazione dati
che permetta, all’occorrenza, di inviare i dati a distanza, controllare il
campionamento, gestire un’allarmistica.
Il monitoraggio dei dati, indicati, deve essere fatto in tempo reale e non può
essere un parametro da analizzare in seguito in sede di laboratorio (es.
temperatura, Conducibilità).
Questi valori oltre ad aver la necessità di essere misurati sul posto, possono
dare utili indicazioni sulla qualità di uno scarico o di un corso d’acqua.
Attivando il campionamento solo quando uno di questi valori va in allarme, si
riduce anche la mole di campioni da portare all’analisi, concentrandosi solo
su quelli che possono dare valori rilevanti.
Le applicazioni del sistema possono essere molteplici:
Pioggia
:
sempre più attenzione si pone all’impatto di acque di prima pioggia sull’ambiente
e sulla depurazione. Il dilavamento di superfici urbane, campi agricoli o aree
speciali quali porti, aeroporti, autostrade e siti industriali, comporta il
trasporto di inquinanti in falda, su corsi d’acqua superficiale, coste e, non
trascurabile, crea un certo impatto alla depurazione.
Scarichi
:
secondo le indicazioni della Legge 152/99 devono essere controllati gli scarichi
dei siti produttivi, e degli impianti di depurazione. Questi ultimi devono
essere controllati periodicamente, e dal 1 Gennaio 2006 dovranno essere
sottoposti a controllo tutti gli impianti fino a 2000 a.e..
produttivi, e degli impianti di depurazione. Questi ultimi
devono essere controllati periodicamente, e dal 1 Gennaio 2006 dovranno essere
sottoposti a controllo tutti gli impianti fino a 2000 a.e..
Qualità dei fiumi
:
lo scopo principale della legge CE 271/, recepita in Italia
con la legge 152/99 e successive modifiche ed integrazioni, è quello di
arrivare ad avere una qualità delle acque "Europee" superficiali,
OTTIMA.
Sono previsti monitoraggi periodici per valutare lo stato di
qualità di queste acque.
Canali irrigui
:
spesso l’agricoltura, che preleva l’acqua irrigua da corsi d’acqua
superficiali, è danneggiata da una cattiva gestione di scarichi (talvolta
abusivi) o come sopra detto, dalla qualità delle acque di prima pioggia. Il
monitoraggio di queste acque e questi siti può contribuire a migliorare la resa
dei prodotti e a difenderne la qualità.
PRINCIPI BASE
Per poter essere efficace, un sistema di
monitoraggio mobile e portatile, deve avere dei requisiti di:
-
Poco ingombro e poco peso,
-
Possibilità di collegare più sensori,
-
Funzionamento sia a batteria che collegato alla rete
elettrica,
-
Facilità d’utilizzo e affidabilità,
-
Software d’elaborazione dei dati e trasmissione a
distanza.
In questo momento l’unico sistema portatile refrigerato che
permetta di rispettare questi parametri, è il campionatore della ISCO modello
Avalanche che utilizza l’elettronica della serie 6712 che, a sua volta, è il
più avanzato sistema di campionamento (portatile) del mercato.
PESO
ED INGOMBRO
Il campionatore Avalanche ha un peso di
35 Kg, completo di elettronica con sistema di
campionamento e parte frigorifera attiva; con compressore
(Unico sul mercato Europeo ed USA) .
Le dimensioni permettono di mettere lo strumento all’interno del vano
posteriore di una FIAT PANDA o auto di piccole dimensioni. Gli accessori
collegabili quali sonde per la misura della portata, sonde multiparametriche,
sensore di misura dell’intensità di pioggia e modem cellulare, sono previsti
per uso in campo.
Il campionatore può essere trasportato con un carrello leggero in alluminio
avente delle ruote pneumatiche gonfiabili, che permettono di accedere in terreni
accidentati.
POSSIBILITA’ DI COLLEGAMENTO A PIU’ SENSORI
La caratteristica dell’elettronica
dei campionatori ISCO serie 6712 permette, unica nel suo genere di prodotto,
di avere, di serie, la predisposizione al collegamento diretto di sonde
multiparametriche quali quelle della YSI o Ponselle o qualunque sensore che
abbia il protocollo di trasmissione SDI-12.
È predisposta al collegamento di un pluviometro ISCO a
basculla oscillante, per misurare l’intensità di pioggia.
Utilizzando dei moduli intercambiabili, la centralina del
campionatore, permette anche la misura della portata in canali a pelo
libero, con sensori di livello (in abbinamento a strutture idrauliche quali
stramazzi o canali di misura tipo "Venturi") oppure con sensori di
tipo Area Velocity che non richiede particolari strutture idrauliche per il
calcolo della portata (versatili e molto utili a coloro che debbano
adeguarsi ai vari siti).
È disponibile anche un modulo che si possa collegare con
tutti i misuratori di portata che non siano dotati di data logger, ma
abbiano un’uscita analogica. Il dato 4-20 mA viene convertito in portata e
memorizzato all’interno della memoria della centralina 6712.
Ovviamente ci può campionare proporzionalmente alla
portata sia, collegandosi con misuratori di portata esterni che diano un
segnale impulsivo proporzionale al flusso o un segnale analogico; sia
utilizzando i misuratori di portata ISCO.
Il campionatore può essere comandato in remoto e tramite
modem può trasmettere i dati a distanza.
Caratteristica fondamentale della programmazione è di poter impostare il
campionatore in molteplici modi, secondo le diverse esigenze dell’utilizzatore.
Una di queste possibilità prevede che lo strumento effettui il campionamento
quando un parametro letto(es. ph, livello, portata, intensità di pioggia) esca
da dei criteri di controllo impostabili
Per esempio si chiede di campionare se il pH supera una certa soglia, se il
livello è compreso tra due limiti, se l’intensità di pioggia è maggiore di
X mm in un range di tempo.
FUNZIONAMENTO SIA A BATTERIA CHE A RETE ELETTRICA
Un campionatore portatile deve avere la
possibilità di alimentarsi sia con tensione di rete (se disponibile) sia
autonomamente con batterie.
Questo permette d’essere autonomo ed indipendente dal luogo e dalla
circostanza in cui si opera.
Il modello Avalanche, permette di potersi collegare sia alla tensione di rete
240V, sia ad una batteria di tipo automobilistico o a scarica lenta (quelle
usate per carrelli elevatori).
Per ovviare al problema del trasporto dei campioni, in auto, è possibile il
collegamento alla presa dell’accendisigari dell’auto.
In questo modo si può garantire la refrigerazione fino al laboratorio. I cavi
per questi collegamenti sono accessori di serie, compresi nel campionatore.
I dati di conservazione del campione alla corretta temperatura possono essere
scaricati dal data logger della centralina del campionatore, al PC.
Oltre alla possibilità della duplice alimentazione, un’altra caratteristica unica,
dei campionatori portatili refrigerati ISCO, è quella che il compressore non
inizia il raffreddamento fino a quando non sia preso il primo campione.
Questo consente il vantaggio di non consumare energia in quei casi in cui il
campionatore debba attivarsi quando si superi una soglia di un parametro letto o
quando sia impostata una partenza ritardata.
FACILITA’ DI UTILIZZO ED AFFIDABILITA’
Il software di gestione è disponibile in
diverse lingue tra cui quell’Italiana. Il concetto della programmazione si
basa su un’interfaccia utente/macchina di facile intuizione e scorrimento, in
modo da rendere possibile l’uso della strumentazione ad un numero più ampio
possibile di operatori.
Il display LCD retro illuminato guida l’operatore nella configurazione e nella
programmazione.
I campionatori automatici sono stati inventati, a fine anni ’60, dalla ISCO
Inc. USA, e da allora lo sforzo maggiore è stato quello di rendere gli
strumenti, oltre che affidabili da un punto di vista meccanico ed elettronico,
semplici e pratici all’uso.
È per questo motivo che i campionatori portatili ISCO sono da sempre presi a
modello anche da parte della concorrenza. Due esempi per tutti, sono, la forma
cilindrica degli strumenti non refrigerati attivamente, e l’uso della pompa
peristaltica, per l’aspirazione del campione.
Oggi i modelli portatili refrigerati Glacier e Avalanche introducono un nuovo
standard per le future generazioni. Dalla loro introduzione all’inizio degli
anni 2000 sono ancora inimitati dai maggiori concorrenti.
Molta cura, viene messa dalla ISCO nel realizzare degli strumenti che, nel
limite del possibile, garantiscano al massimo l’integrità e la
rappresentatività del campione.
In linea di massima, automatizzare il campionamento, è un compromesso
necessario, per ovviare ad un impegno oneroso, in termini di costi e tempo,
difficilmente ottenibile con il campionamento manuale.
Il campionatore automatico, può essere utile ad alleggerire il lavoro degli
operatori, solo a condizione che esso sia costruito secondo ottimi criteri.
Solo
le norme ISO 5667 indicano i tipi di campionatori automatici che possono essere
impiegati, e solo nella sezione 10, sono indicati i requisiti minimi richiesti
per un campionatore automatico dedicato al prelievo delle acque reflue.
Il campionamento con pompa peristaltica è spesso citato come il più idoneo,
attenzione deve essere posta al percorso del campione nella linea di aspirazione
(dal corso d’acqua alle bottiglie) questa comprende il filtro di aspirazione
anti intasamento, il tubo esterno nel quale viaggia il campione, nella parte
idraulica interna di distribuzione e nei contenitori di raccolta.
Bisogna evitare che il campione entri in contatto con materiali che assorbino o
cedano sostanze, bisogna limitare al massimo, giunti, raccordi, angoli, pezzi di
tubazione etc, pericolosi per le cross contamination. Deve essere rispettata la
velocità di aspirazione e la precisione del volume. Tutte queste indicazioni
sono ben presenti nei campionatori ISCO e in particolare nel modello Avalanche.
L’elettronica 6712 e il campionatore Avalanche, sono stati
certificati, dall’agenzia per l’ambiente della Gran Bretania, E32. questo
significa che oltre ad essere conformi alle indicazioni delle norme ISO 5667,
rispondono ai rigidi criteri di conservazione del campione imposti dalla
legislazione di oltre Manica.
Il campionatore deve garantire la conservazione sotto i 5°C di un campione alla
temperatura di 25°C, prelevato con temperatura ambientale di –15°C, +10°C e
+ 40°C.
SOFTWARE E TRASMISSIONE DEI DATI
La ISCO produce un software (FLOWLINK)
che permette la programmazione di alcuni strumenti e lo scarico dati da tutti i
misuratori di portata e dai campionatori 6712 e Avalanche.
Il software opera in ambiente Windows ® e permette di realizzare grafici e
tabelle (nella versione base LE) e studi ed elaborazioni complesse di valori,
comparazioni tra periodi di dati, formule di calcolo personalizzate e molto
altro (versione avanzata Flowlink 5).
Con questi software ed un modem GSM o per linee standard, ci si può collegare a
distanza allo strumento e vedere in tempo reale cosa stia facendo e quali valori
sono misurati dai suoi sensori. È possibile scaricare i dati memorizzati nel
data logger dello strumento senza doversi recare sul posto.
Grazie al software Hyper Terminal ® presente nel pacchetto di Windows ® (senza
costo per il cliente) è possibile accedere all’elettronica del campionatore
come si operasse direttamente da tastiera; per cui si può programmare,
modificare la programmazione, attivare lo strumento etc.
Utilizzando il modem ISCO per GSM, oltre a quanto detto precedentemente, si
possono inviare degli SMS per comandare al campionatore delle operazioni (parti,
cambia bottiglia etc) e ricevere dallo strumento degli SMS, quando, per esempio,
esso si è attivato perché un parametro è andato in allarme.
Questa tecnica, con una versione dedicata di modem e software, è stata
utilizzata dalla ditta AMGA s.p.a. di Genova, per realizzare il sistema "SENTYNELL
II". Questo sistema, si basa, come hardware, su un campionatore ISCO 6712
con sonda multiparametrica ed altri accessori, mentre per il resto è frutto
dell’esperienza degli operatori AMGA e Genova Acque che hanno esportato il
sistema in varie zone d’Italia.
Lo scopo del Sentynel è quello individuare scarichi abusivi che possano
danneggiare il funzionamento del depuratore, oltre che ad individuare il
colpevole in tempo reale.
Questa è un operazione molto utile per le autorità di controllo e i gestori di
ATO, i quali possono in questo modo rivalersi su chi genera problemi e danneggia
il processo di depurazione delle acque.
