Modellazione custom
Case study
Modellazione dei green wall per la rimozione dei composti organici volatili
Collaborazione
Tecnologie
La bio-filtrazione botanica
La bio-filtrazione botanica è un metodo di trattamento biologico per la rimozione di composti organici volatili (COV, o “VOC” in Inglese) pericolosi presenti nell'aria.
In questo processo, l'aria inquinata viene convogliata attraverso un sistema appositamente progettato contenente un sistema botanico che aiuta a catturare e degradare gli inquinanti.
Esistono in commercio diversi sistemi di filtrazione botanica “attivi”, cioè in cui l'aria viene fatta circolare attraverso la zona radicale della pianta e il terreno di coltura per ottenere il massimo effetto di fitorisanamento. Un esempio di sistema di filtrazione botanica è stato sviluppato da PNAT srl. Clicca qui per maggiori informazioni.
Nonostante i meccanismi di rimozione degli inquinanti all’interno di questi sistemi siano noti e ampiamente descritti nella letteratura scientifica, la loro rappresentazione fisica-matematica è complessa poiché i diversi fenomeni coinvolti si verificano a diverse scale spaziali e temporali, e in fasi distinte (gassosa, acquosa e solida) e perché i processi di trasporto e le reazioni biogeochimiche si verificano simultaneamente.
In questo caso di studio descriviamo il risultato di una collaborazione con PNAT e l’Università degli Studi di Firenze per lo sviluppo di un modello di simulazione dei sistemi di filtrazione botanica.
Obiettivi
- Sviluppare un modello in grado di simulare i processi di rimozione degli inquinanti gassosi (VOC) nei sistemi di bio-filtrazione botanica
- Calibrare e validare il modello attraverso misure e dati sperimentali
- Utilizzare il modello per la progettazione e dimensionamento dei biofiltri
Metodologia
I principali fenomeni modellati sono: (1) il trasporto degli inquinanti in fase gassosa per avvezione e dispersione attraverso il substrato, (2) il trasferimento di massa degli inquinanti dalla fase gassosa alla fase liquida (umidità del suolo), (3) il trasferimento di massa degli inquinanti dalla fase gassosa al substrato e (4) le reazioni di degradazione dei VOC da parte della comunità microbica.
Il modello è stato implementato in Python, utilizzando tutti strumenti open-source, come mostrato nel diagramma:
Risultati
Test e validazione del modello
La validazione del modello è stata effettuata con i dati misurati in un’installazione pilota (green wall) pubblicati in letteratura. I parametri del modello sono stati poi calibrati per adattarsi alle misurazioni. I risultati delle simulazioni di validazione sono in buon accordo con i dati osservati.
Benefici delle simulazioni
Il modello ci ha permesso di analizzare e comprendere i meccanismi complessi della biofiltrazione, facilitando l'identificazione dei fattori critici e delle loro interdipendenze. Il modello è un utile strumento per simulare e valutare le prestazioni dei sistemi prima della loro implementazione, consentendo di realizzare soluzioni più efficienti ed economiche.
Approfondimenti
Masi M., Guidi Nissim W., Pandolfi C., Azzarello E., Mancuso S. (2022). Modelling botanical biofiltration of indoor air streams contaminated by volatile organic compounds. Journal of Hazardous Materials, 422, 126875. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126875
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