Metodi innovativi per la disinfezione delle acque

Titolo del progetto di ricerca

Bubbles4life: hydrodynamic cavitation for water disinfection in developing countries

Area scientifica  

Ingegneria idraulica 

Coordinatore del progetto

Costantino Manes

Abstract

Il progetto Bubbles4life ha sviluppato un metodo semplice, robusto e a basso costo che permetta la disinfezione dell’acqua nei paesi in via di sviluppo, sfruttando un processo fisico detto “cavitazione idrodinamica”.

Descrizione del progetto di ricerca 

Attualmente 780 milioni di persone nel mondo non hanno accesso all’acqua potabile. A causa di questo problema, più di 3 milioni di persone muoiono ogni anno per problemi legati all’igiene e alla potabilizzazione dell’acqua, di cui il 99% nei paesi in via di sviluppo. Questo dramma sanitario è causato da molte ragioni, tra cui la mancanza di tecnologie di trattamento a basso costo e utilizzabili in contesti dove non sono facilmente reperibili né personale specializzato né reagenti chimici come nei paesi in via di sviluppo. Il progetto Bubbles4Life ha affrontato il problema sviluppando un metodo di disinfezione basato sulla cosiddetta cavitazione idrodinamica. L’idea è di forzare l’acqua ad andare prima ad alta velocità per poi rallentarla bruscamente all’interno di condotte idrauliche di vario diametro. Le alte velocità impongono forti abbassamenti di pressione che fanno bollire l’acqua. Al rallentamento corrisponde un innalzamento della pressione media che, in maniera piuttosto complessa, fa sì che le bolle implodano. Implodendo, le bolle generano delle onde d’urto violentissime che eliminano i batteri presenti nell’acqua. L’attuale comprensione della fisica soggiacente al processo è molto limitata. Bubbles4life ha contribuito a colmare questo divario di conoscenza al fine di sviluppare un reattore a cavitazione idrodinamica dove l’efficacia e affidabilità del trattamento siano massimizzate. Il metodo non richiede l’utilizzo di reagenti chimici e componenti di alta tecnologia ed è dunque molto promettente per applicazioni in paesi in via di sviluppo.

Impatto sulla società

I risultati di Bubbles4life possono avere ripercussioni enormi nell’arginare il dramma sanitario di milioni di morti causato dalla contaminazione batterica dell’acqua nei paesi in via di sviluppo. La tecnologia proposta può avere anche forti applicazioni nel mondo più industrializzato specie in ambito chimico dove il forte miscelamento indotto dalla cavitazione idrodinamica (CI) può ottimizzare la resa di processi. Inoltre, in contesti agro-alimentari la CI offre la possibilità di sterilizzare i prodotti senza l’uso di reagenti chimici che possano alterarne le proprietà organolettiche.

Risultati della ricerca

Sono stati svolti numerosi esperimenti volti a monitorare l’efficienza della disinfezione al variare di due parametri: il numero di cavitazione e la concentrazione iniziale di batteri. Più in generale, il gruppo di ricerca del progetto ha fornito per la prima volta un quadro teorico di studio dei reattori a cavitazione basato sull’analisi dimensionale e il teorema di Bukingham. Questo studio teorico permette di passare a una fase di “scale up” per progettare un reattore a grande scala.

Tra i risultati scientifici evidenziamo in particolare:

  • due pubblicazioni su riviste scientifiche specializzate
  • un nuovo  progetto in collaborazione, con l’azienda TREELIUM per lo sviluppo di un innovativo reattore a cavitazione
  • la prosecuzione, dopo la fine del progetto, della collaborazione con la Società Metropolitana Acque Torino (SMAT)

Breve cv del coordinatore

Costantino Manes si è laureato presso l’Università di Ancona (ora Politecnica delle Marche) nel 2002. Si è poi dottorato presso la Aberdeen University in Scozia nel 2006 e ha prestato servizio come Post Doc in Svizzera e Italia fino al 2011, quando è diventato lecturer presso la University of Southampton in UK. Dal 2015 è Professore Associato presso il Politecnico di Torino, afferente al DIATI (Dipartimento di Ingegneria dell'Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture ) . I suoi interessi di ricerca si concentrano sullo studio della fluidodinamica con particolare riferimento a flussi turbolenti. È autore e co-autore di oltre 40 pubblicazioni su riviste e atti di convegni internazionali.

Gruppo di lavoro@Polito

Luca Ridolfi, Professore ordinario, DIATI

Riccardo Vesipa, DIATI

2 ricercatori post Doc 

Partenariato

Partner accademico

University of Southampton, Gran Bretagna

Partner non accademico

Società Metropolitana Acque Torino (SMAT)

  • Budget: 150.000 euro
  • Data inizio: 15/09/2017
  • Data fine: 14/09/2019