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1 FACOLTA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA INQUINAMENTO AMBIENTALE E PROCESSI DI RISANAMENTO erogato nell A.A. 2019/20 Anno Corso 3 Tipologia Caratterizzante Totale crediti 8 Periodo didattico Secondo semestre OBIETTIVI Conoscenze su: principi generali della legislazione in materia di tutela delle acque e di gestione dei rifiuti; concetti basilari dell ingegneria ambientale finalizzati alla comprensione dei processi di trasformazione delle sostanze in natura e di quelli alla base delle unità di trattamento negli impianti di disinquinamento; l organizzazione di un sistema integrato di gestione dei rifiuti. Lo studente avrà inoltre la capacità di studiare ed analizzare l'ambiente nelle sue molteplici componenti e sintetizzarne le caratteristiche, nonché di risolvere problemi connessi ai processi ambientali. Sarà inoltre capace di dimensionare le principali unità di trattamento di un impianto di depurazione delle acque e di calcolare gli elementi più importanti di un sistema di smaltimento dei rifiuti. Al termine del corso lo studente sarà attento e sensibile alle problematiche ambientali ed ai rischi delle tecnologie. PREREQUISITI Per seguire con profitto questo insegnamento è necessaria la conoscenza delle nozioni fondamentali della chimica e dei concetti di base dell idraulica. CONTENUTI Il corso è articolato in 3 parti fondamentali: una prima parte introduttiva in cui si tratteranno argomenti generali (es. elementi di biologia e parametri chimici di rilievo per la disciplina), che sono il presupposto per lo sviluppo e la comprensione delle successive unità didattiche, insieme alla parte relativa alla chimica organica. La seconda parte riguarda l analisi dell impatto dell inquinamento sull ambiente, in particolare sui corpi idrici e sul suolo, e le relative modalità di contenimento degli impatti. La terza riguarda i processi alla base delle tecnologie di disinquinamento, in particolare per quanto riguarda gli impianti di depurazione delle acque reflue e i sistemi di gestione dei rifiuti solidi, con elementi per il loro dimensionamento. UNITÀ DIDATTICA 1 (INTRODUTTIVA): Elementi di chimica organica (7) Concetti base di chimica organica: Classi dei composti organici, gruppi funzionali, elementi di chimica degli alimenti. Tensioattivi; i composti organici tossici: pesticidi, diossine, PCB, IPA. Parametri caratteristici di uno scarico (4+2 eser.)

2 Caratteristiche fisiche: solidi, odore, colore. Alcalinità e acidità. Parametri inorganici: cloruri, solfati, ossigeno disciolto, azoto, fosforo, metalli pesanti. Parametri per la misura della sostanza organica: BOD (Biochemical Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand), TOC (Total Organic Carbon). Altri parametri: grassi e olii, tensioattivi, parametri microbiologici. Elementi di biologia per l Ingegneria Ambientale (3) Ruolo dei microrganismi in natura e loro classificazione. Fonti energetiche: fotosintesi, respirazione aerobica e anaerobica, fermentazione. UNITÀ DIDATTICA 2 (IMPATTO DELL INQUINAMENTO SUI CORPI IDRICI E SUL SUOLO): Inquinamento dei fiumi (3+3 eser.) Tipologie di inquinamento Autodepurazione Eutrofia dei bacini a debole ricambio (6+2 eser.) Indici di tendenza all eutrofia, classificazione e modalità di individuazione dello stato trofico di un lago, strategie di controllo dell eutrofizzazione. Scarichi a mare (3+2) Generalità sulle condotte sottomarine di scarico a mare; la diluizione iniziale; la dispersione superficiale; la scomparsa batterica; Esempio di dimensionamento. Inquinamento del suolo (4) Caratteristiche chimiche di un suolo (Capacità di scambio ionico, ph, potenziale redox, salinità). L inquinamento del suolo: inquinanti chimici, fisici, biologici. Il destino degli inquinanti nel suolo. Generalità sulle bonifiche dei siti contaminati. UNITÀ DIDATTICA 3 (TECNOLOGIE DI DISINQUINAMENTO): Trattamento delle acque reflue (21+8 eser.) Cenni alla normativa sulle acque: il D.Lgs. 152/06 e s.m.i.. Operazioni unitarie (fondamenti dei processi): teoria della sedimentazione. Processi biologici: cinetica delle reazioni biologiche, reattori biologici a biomassa sospesa, parametri caratteristici, rimozione dell azoto, digestione aerobica e anaerobica. Reattori biologici a biomassa adesa: principali tipologie e caratteristiche. Rifiuti solidi (6+2 eser.) La legislazione sui rifiuti Classificazione dei rifiuti solidi Alternative di trattamento e smaltimento. Visita tecnica presso l impianto di depurazione acque di Is Arenas, Cagliari (4 eser.). METODI DIDATTICI n. ore lezione: 57 n. ore esercitazioni: 23. Le lezioni si svolgono con presentazione di slide e richiami di concetti e approfondimenti alla lavagna; le esercitazioni prevedono il coinvolgimento degli studenti nello svolgimento. L interazione essenziale tra i contenuti delle 3 unità didattiche sarà continuamente richiamata ove necessario. Si farà riferimento in diversi casi a quanto trattato in altre discipline del corso di laurea, evidenziandone i collegamenti. 1

3 Alla fine del corso è prevista una visita tecnica presso un impianto di depurazione. VERIFICA DELL APPRENDIMENTO Prova scritta e colloquio orale, al quale si viene ammessi solo con voto sufficiente alla prova scritta. Si può essere esonerati dalla prova scritta con il superamento dei 2 pre-esami svolti durante l anno. I preesami e la prova scritta servono ad accertare l'effettiva acquisizione della capacità di risolvere problemi connessi ai processi ambientali e di dimensionare le principali unità di trattamento acque e rifiuti. Nel colloquio orale si accerta l'acquisizione delle conoscenze teoriche e della capacità di analizzare le problematiche ambientali collegando gli argomenti trattati nelle varie parti del corso. La prova scritta pesa per un terzo sul voto finale. TESTI Dispense distribuite dal docente Per approfondimenti degli argomenti trattati nel corso, sono inoltre disponibili presso la biblioteca i seguenti testi: Chimica Ambientale, Colin Baird, Ed. Zanichelli. Ingegneria Sanitaria Ambientale Principi, teorie e metodi di rappresentazione, Piero Sirini, McGraw- Hill. Ingegneria sanitaria-ambientale - C. Collivignarelli, G. Bertanza, CittàStudi Edizioni. ULTERIORI INFORMAZIONI Oltre al materiale didattico indicato tra i Testi di riferimento, saranno rese disponibili le slide delle lezioni e, su richiesta, testi di esercizi di precedenti sessioni di esame. Per le esercitazioni ci si avvale del supporto di altri docenti del settore o dottorandi. 2

4 ENVIRONMENTAL POLLUTION AND REMEDIATION PROCESSES taught in A.Y. 2019/20 Course year 3 Type Compulsory subjects, characteristic of the class ECTS 8 Teaching period Second semester OBJECTIVES Knowledge on: general principles of regulations on water protection and solid waste management; basics of environmental engineering aimed at understanding transformations processes of substances in nature and those involved in the treatment units; theoretical and technical aspects related to wastewater and solid waste management. Ability to study and analyze the environment in its multiple components and synthesize its characteristics, with particular attention to water bodies and soil pollution; ability to solve problems linked to environmental processes and to the sizing of wastewater treatment and solid waste management systems; ability to process and represent data according to scientific methods and perform results interpretation. PREREQUISITES Basic knowledge of chemistry and hydraulics CONTENTS Fundamentals of organic chemistry (7) classification of organic compounds, functional groups, surfactants, toxic organic compounds (pesticides, dioxin, PCBs, PHAs). Wastewater characteristics (4+2 exer.) Parameters for measuring the organic content: BOD (Biochemical Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand), TOC (Total Organic Carbon). Physical characteristics: solids, temperature, colour, etc. Inorganic parameters: chlorides, sulphates, dissolved oxygen, nitrogen, phosphorus, heavy metals. Alkalinity and acidity. Other parameters: oils and fats, microbiological parameters. Elements of biology for environmental engineering (3) Micro-organisms role in nature and their classification. Energy sources: photosynthesis, aerobic and anaerobic respiration, fermentation. Wastewater disposal into rivers (3+3 exer.) Pollution types and required water quality with respect to its uses Self-purification. 3

5 Eutrophication of lakes (6+2 exer.) Lakes stratification Trophic indicators, classification and trophic assessment, eutrophication control strategies. Marine outfalls (3+2) Basic principles of marine outfall to discharge wastewater into the sea. Initial dilution, surface dispersion, bacterial decay. Design exercise. Soil pollution (4) Soil chemical characteristics (ion exchange capacity, ph, redox potential, salinity). Soil pollution: chemical, physical and biological pollutants. Behaviour and fate of pollutants in soil. General principles of soil remediation. Wastewater treatment (21+8 exer.) Outline of the water management regulations. Physical unit operations (process fundamentals): settling theory. Biological processes: kinetics of biological reactions, suspended-growth biological reactors, main characterizing parameters, nitrogen removal, aerobic and anaerobic digestion. Attached-growth biological reactors: main typologies and characteristics. Solid waste (6+2 exer.) Legislation Solid waste classification Alternatives of treatment and disposal. Technical visit to the wastewater treatment plant of Is Arenas, Cagliari (4 exer.) TEACHING METHODS 57 hours of lectures and 23 hours of exercises. Lectures are performed with the use of slide presentation and of the blackboard. The practical classes will be with the support of the tutor and the involvement of the students. At the end of the course a technical visit to a wastewater treatment plant will be organized. VERIFICATION OF LEARNING The exam consists of a written exercise and an oral. The student can be exempted from the written part by passing the two midterm examinations. TEXTS Lecture notes supplied by the professor. For a deeper insight on specific topics, at the library the following texts are available: Chimica Ambientale, Colin Baird, Ed. Zanichelli. Ingegneria Sanitaria Ambientale Principi, teorie e metodi di rappresentazione, Piero Sirini, McGraw- Hill. Ingegneria sanitaria-ambientale - C. Collivignarelli, G. Bertanza, CittàStudi Edizioni. MORE INFORMATION Besides the lecture notes supplied by the professor and the other suggested readings, the lecture slides will be made available and, on request, exam exercises. For the exercises the support of Research assistants and PhD students will be used. 4