Selezione e analisi tecnica dei raccordi per tubi in PE nel progetto di trattamento delle acque reflue della città di Xu Xiake, Jiangyin

Essendo la città natale di Xu Xiake, l'"esperto mondiale del turismo", Xu Xiake Town, Jiangyin City, ha ottenuto notevoli risultati nella governance dell'ambiente acquatico negli ultimi anni. Nel 2023, il "Progetto di ripristino ecologico e valorizzazione della biodiversità delle zone umide fluviali nell'area di Baiqugang Xu Xiake" implementato dalla città è stato selezionato con successo come progetto centrale di sostegno al fondo di prevenzione e controllo dell'inquinamento idrico. Questo progetto mira a migliorare la qualità dell'acqua e l'ambiente ecologico di 32 fiumi della città attraverso misure globali. Il progetto di trattamento delle acque reflue della città di Xu Xiake adotta un sistema di raccordi basato su tubi in PE (polietilene). Questa scelta considera pienamente l'ambiente geografico locale, le caratteristiche ingegneristiche e le esigenze di sviluppo sostenibile. In un progetto così importante di governance dell'ambiente idrico, la scelta dei raccordi per tubi per il trattamento delle acque reflue è direttamente correlata alla qualità del progetto e all'effetto operativo a lungo termine. Pertanto, è necessario considerare in modo globale le prestazioni dei materiali, l’adattabilità ambientale, la comodità di costruzione e l’economia.

1. Caratteristiche tecniche e vantaggi di Tubi in PE

Nel progetto di trattamento delle acque reflue della città di Xu Xiake, i tubi in polietilene (PE) vengono utilizzati principalmente come materiali per i raccordi dei tubi centrali. Questa scelta si basa sulle ottime prestazioni dei tubi in PE sotto molteplici aspetti. Essendo un materiale polimerico ad alto peso molecolare, il tubo in PE presenta vantaggi completi che altri tubi tradizionali non possono eguagliare ed è particolarmente adatto per il trattamento delle acque reflue e l'ingegneria ambientale.

In termini di proprietà fisiche e chimiche, i tubi in PE hanno buone prestazioni. Questo materiale ha un'eccellente resistenza alla corrosione e può resistere alla corrosione delle comuni sostanze acide e alcaline, solventi organici ed elettroliti nel trattamento delle acque reflue, evitando i comuni problemi di corrosione elettrochimica dei tubi metallici. Allo stesso tempo, la parete interna dei tubi in PE è liscia, il coefficiente di rugosità è basso (n≈0,009) e la resistenza al flusso d'acqua è ridotta, il che può ridurre efficacemente la deposizione di sporco e la perdita di energia. La città di Xu Xiake si trova in una posizione privilegiata sul delta del fiume Yangtze, con un livello elevato delle acque sotterranee e una forte corrosività del suolo. Queste caratteristiche dei tubi in PE soddisfano perfettamente le esigenze del progetto.

Dal punto di vista delle proprietà meccaniche, i tubi in PE hanno un'elevata tenacità e resistenza agli urti e il loro allungamento a rottura è solitamente superiore al 350%, il che può adattarsi ad assestamenti irregolari delle fondazioni e a forze esterne come i terremoti. Questa caratteristica è particolarmente importante nelle aree di fondazione con terreno soffice come Xu Xiake Town. Inoltre, i tubi in PE sono leggeri (la densità è di soli 0,94-0,96 g/cm³), ovvero 1/10 del peso dei tubi in cemento con le stesse specifiche, riducendo notevolmente la difficoltà di trasporto e installazione. La pratica ingegneristica dimostra che l'uso di tubi in PE può ridurre l'uso di macchinari edili di circa il 30% e abbreviare il periodo di costruzione di circa il 25%.

L'affidabilità della connessione è un altro grande vantaggio dei tubi in PE. L'uso della tecnologia di connessione per fusione elettrica può ottenere una connessione essenziale con una resistenza del giunto non inferiore alla resistenza del corpo del tubo, riducendo notevolmente il rischio di perdite di interfaccia comuni nei tubi tradizionali. Nel progetto di trattamento delle acque reflue della città di Xu Xiake, il sistema di rete di tubazioni deve attraversare terreni complessi e i requisiti di qualità della connessione sono estremamente elevati. Questa caratteristica dei tubi in PE soddisfa semplicemente le esigenze ingegneristiche.

In termini di durata, i tubi in PE hanno buone prestazioni. I tubi in PE di alta qualità possono durare più di 50 anni in normali condizioni d'uso, una durata molto superiore rispetto ai tradizionali tubi in cemento (circa 20-30 anni) e ai tubi metallici (15-25 anni). L’analisi del costo del ciclo di vita mostra che, sebbene l’investimento iniziale dei tubi in PE sia leggermente superiore, a causa dei bassi costi di manutenzione e della lunga durata, il loro costo totale su 50 anni è inferiore del 15-20% rispetto a quello dei tubi tradizionali.

Tabella: Confronto delle prestazioni dei tubi in PE con altri tubi comuni

2. Analisi di compatibilità tra requisiti ingegneristici e scelta dei raccordi

Essendo il progetto principale del miglioramento globale dell'ambiente idrico nella regione, il progetto di trattamento delle acque reflue nella città di Xuxiake ha le caratteristiche di un sistema complesso e su larga scala e di sensibilità ambientale, che propone requisiti speciali per i raccordi per tubi. L'elevato grado di adattabilità tra lo schema di progettazione ingegneristica e la selezione dei raccordi è il fattore chiave per garantire il successo dell'implementazione del progetto.

La portata del progetto e la complessità del sistema richiedono che i raccordi abbiano prestazioni di connessione altamente standardizzate e affidabili. Il progetto di miglioramento dell’ambiente acquatico nella città di Xuxiake copre 32 fiumi e il contenuto dell’implementazione comprende molteplici sottosistemi come l’intercettazione degli inquinanti, la purificazione dell’acqua, il ripristino ecologico del letto del fiume e il ripristino completo degli ecosistemi acquatici. Una rete ingegneristica così ampia richiede che i vari raccordi per tubi siano altamente coerenti in termini di specifiche, interfacce e prestazioni. I tubi in PE hanno un alto grado di produzione standardizzata, con una gamma completa di specifiche da DN50 a DN2000 e un metodo di connessione unificato, che semplifica notevolmente la difficoltà di integrazione del sistema. In confronto, se vengono utilizzati tubi in cemento o tubi in ghisa, la diversità dei tipi e delle dimensioni delle loro interfacce aumenterà la complessità del sistema e ridurrà l’affidabilità ingegneristica.

L'adattabilità al terreno è una considerazione importante nella scelta dei raccordi per tubi. La città di Xuxiake è adiacente al lago Taihu a sud e al fiume Yangtze a nord. Il livello delle acque sotterranee è alto e la capacità portante della fondazione è bassa. Alcune condotte nel progetto devono passare attraverso fondazioni di terreno soffice e strutture esistenti, il che richiede flessibilità estremamente elevata e prestazioni di costruzione senza scavo dei tubi. La flessibilità dei tubi in PE consente loro di adattarsi a un certo grado di deflessione e possono comunque mantenere l'integrità strutturale e la tenuta anche in caso di assestamenti irregolari. Inoltre, i tubi in PE sono adatti per la costruzione utilizzando tecnologie trenchless come la perforazione direzionale orizzontale, che è particolarmente importante quando si attraversano aree sensibili come strade e fiumi.

Anche le caratteristiche della qualità dell'acqua e i processi di trattamento influiscono direttamente sulla scelta dei raccordi. Durante il trattamento delle acque reflue, i tubi possono essere esposti a mezzi complessi contenenti sostanze corrosive, particelle solide e microrganismi. L'inerzia chimica dei tubi in PE consente loro di resistere a sostanze corrosive come componenti acidi e alcalini e acido idrosolforico nelle acque reflue. La sua parete interna liscia riduce il deposito di sporco e la crescita batterica, contribuendo a mantenere l'efficienza del trattamento e la qualità dell'acqua effluente. Al contrario, i tubi metallici sono soggetti a corrosione elettrochimica e i tubi in cemento possono deteriorarsi a causa dei batteri che riducono i solfati. Il progetto Xuxiake Town comprende anche unità di processo come letti galleggianti ecologici, impianti di aerazione e trattamento in situ degli scarichi. I tubi in PE sono più compatibili con queste apparecchiature di processo e sono più convenienti e affidabili da collegare.

Anche i requisiti di organizzazione e manutenzione del progetto sono considerazioni importanti. I progetti di governance dell’ambiente idrico su larga scala vengono solitamente implementati in fasi, richiedendo che il sistema di tubazioni abbia una buona scalabilità e praticità di manutenzione. La tecnologia di connessione per fusione elettrica dei tubi in PE consente la comoda aggiunta di diramazioni o la sostituzione di tratti di tubo in un impianto già funzionante senza la necessità di interrompere l'erogazione dell'acqua. Come componente del progetto EOD "dal fiume Yangtze al lago Taihu", il progetto della città di Xuxiake potrebbe dover affrontare espansioni e aggiornamenti del sistema in futuro. Questa caratteristica dei tubi in PE offre flessibilità a lungo termine per il progetto.

Tabella: corrispondenza tra i requisiti del progetto Xuxiake Town e le caratteristiche dei tubi in PE