Monitoraggio di fenomeni di fouling e corrosione in condutture : sviluppo e testing di un sensore innovativo

Inorganic and organic fouling is one of the major causes for water quality alteration in pipelines, both in civil and industrial field. Water chemical and biological stability monitoring is fundamental to avoid hygienic, aesthetic and operational problems. This work is part of a research project aimed at developing an innovative sensor, called “Dirty Sensing”, which was patented by Politecnico di Milano in 2017. This sensor allows to identify and quantify inorganic and organic fouling by impedimetric measures. In this work, three experimental macro-activities have been developed to measure (i) inorganic scale, (ii) biofouling and, finally, to (iii) identify corrosive phenomena by using the same sensor. In the first activity, calcium carbonate deposition has been simulated in batch and flow conditions: a calibration curve between the thickness of the deposit and the impedimetric measurement has been determined and, under investigated operating conditions, no influence of velocity and pipe materials (PVC, galvanised steel) was observed. In the second activity, a biofilm growth system has been implemented. During this experiment, biocorrosion phenomena have been found on sensor surfaces and no clear correlation between biofilm thickness and impedimetric measure has been proved. A specific protocol has been developed by using a confocal laser scanning microscope to perform biofilm thickness measurement. Finally, corrosion tests highlighted the chance of monitoring corrosion phenomena through sensor response analysis. Therefore, this work lays the foundation for an enhanced sensor and for later studies, especially about biofouling phenomena.

La formazione di depositi di tipo inorganico e organico rappresenta una delle principali cause di alterazione della qualità delle acque in condutture, in campo civile e industriale. Garantire la stabilità chimica e biologica delle acque è fondamentale per limitare problemi di tipo igienico-sanitario, estetico e operativo. Il presente lavoro si inserisce in un progetto di ricerca finalizzato allo sviluppo di un sensore innovativo, denominato “Dirty Sensing”, il cui brevetto è stato depositato dal Politecnico di Milano nel 2017. Tale sensore permette di identificare e quantificare, attraverso misure impedenziometriche, lo sporcamento di tipo inorganico e organico. Nell’ambito di questa tesi sono state svolte tre macro-attività sperimentali, indirizzate rispettivamente a misurare (i) depositi di tipo inorganico e (ii) depositi di tipo organico, nonché (iii) ad identificare fenomeni corrosivi per mezzo del medesimo sensore. Nel corso delle prove su depositi di tipo inorganico, la formazione di depositi calcarei è stata simulata in batch e in flusso, ed è stata individuata una retta di calibrazione tra spessore depositato e misura impedenziometrica; nelle condizioni operative indagate, non è stata riscontrata un’influenza significativa sul deposito della velocità del flusso e del materiale costituente il condotto (PVC, acciaio zincato). Nel corso delle prove su depositi di tipo organico, è stato implementato un sistema in flusso per la crescita di biofilm: a seguito di queste prove, sono stati riscontrati fenomeni di biocorrosione sulla superficie dei sensori e, contrariamente agli studi precedenti, non è stata rilevata una correlazione evidente tra spessore di biofilm e misura impedenziometrica. Per eseguire queste prove, è stato definito un protocollo di misura dello spessore del biofilm tramite l’utilizzo di un microscopio laser confocale in luce laser riflessa. Infine, le prove di corrosione hanno evidenziato la possibilità di monitorare fenomeni corrosivi tramite l’analisi della risposta del sensore. Il presente lavoro pone quindi le basi per una versione migliorata del sensore di sporcamento e per studi successivi, soprattutto in relazione a depositi di tipo organico.