ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| INGEGNERIA SANITARIA AMBIENTALE | ICAR/03 | LEZIONI | 90 |
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Fornire un’informazione di base di interesse per l’ingegnere civile relativamente alla conoscenza dei fenomeni di inquinamento dell’acqua, nonché delle principali tecniche di gestione e trattamento delle acque primarie e delle acque reflue da destinare al riuso o alla restituzione all'ambiente. Il tutto con un particolare approfondimento (inclusa una esercitazione consistente nel progetto di massima di un impianto ed una visita tecnica) delle tecniche di depurazione delle acque reflue civili finalizzate al riuso o alla restituzione all'idrografia superficiale.
Providing basic knowledge for civil engineers on pollution phenomena of water, and on the main techniques for handling, and treatment of primary water and wastewater. Special attention is given to treatments for reuse or disposal of wastewater, including an extended application drill consisting in the preliminary design of a civil wastewater treatment plant and one technical site-visit.
Durante l'esame orale conclusivo dell'insegnamento verrà verificata la conoscenza degli argomenti trattati e la capacità critica di confronto e di applicazione pratica degli argomenti teorici
During the final oral exam, the knowledge of the topics discussed and the critical ability to compare and apply theoretical arguments will be verified.
Progetto e gestione delle diverse fasi di un impianto di depurazione di acque reflue civili mediante confronto ragionato fra le principali tecnologie di trattamento di uso corrente nonchè quelle più promettenti per il prossimo futuro
Design and operation of the various stages of a civil wastewater treatment plant through a critical comparison among the most important current treatment technologies as well as the most promising techniques for the near future.
Durante l'esame orale verrà verificato il progetto di un impianto di depurazione sviluppato durante le esercitazioni pratiche accertando la capacità critica di impostare il progetto sulla base degli elementi forniti nonchè la correttezza di metodi utilizzati e dei risultati ottenuti.
During the final oral examination, the design of a wastewater treatment plant developed during practical exercises will be verified, by testing the candidate's critical ability to set the project on the basis of the elements provided, as well as the correctness of the methods used and the results obtained.
Concetti di base di idraulica e chimica
Basic knowledge of hydraulics and chemistry
L'insegnamento di 9 crediti formativi (CFU) viene impartito nel primo periodo didattico (6 ore di lezione settimanali), riservando il secondo periodo didattico allo svolgimento delle esercitazioni pratiche (2 ore settimanali di esercitazioni pratiche). Al termine del secondo periodo didattico si svolge una visita di studio presso un impianto di trattamento di acque reflue o acqe primarie diverso di anno in anno.
Durante il ciclo di esercitazioni pratiche viene sviluppato (a livello di progetto preliminare) il progetto di un impianto di depurazione di acque reflue civili completo delle diverse fasi di trattamento, di una linea di trattamento dei fanghi prodotti e di un sistema di post-trattamento finalizzato al riuso delle acque trattate.
Il processo biologico viene infine verificato con l'utilizzo del software Biowin.
Le esercitazioni vengono sviluppate in gruppi di 4 - 6 allievi ciascuno. Ogni gruppo, al termine del ciclo di esercitazioni, deve sviluppare i seguenti elaborati:
The teaching of 9 credits (CFU) is taught in the first teaching period (6 hours/week of lessons), while the application drill is developed in the second teaching period (2 hours a week of practical exercises). At the end of the second teaching period one site visit isorganized at a primary water or wastewater treatment plant, different from year to year.
During the practical exercise cycle, a civil wastewater treatment plant is designed (at the preliminary design level) complete of the various stages of treatment, a treatment line for produced sludge and a post-treatment for the reuse of treated waters.
After the dimensioning, the biological process is validated using the Biowin software.
Exercises are developed in groups of 4 to 6 students each. Each group, at the end of the exercise cycle, must produce the following documents:
Il programma di dettaglio (con data/ora delle singole lezioni) può essere scaricato dalla home page del docente
MACROARGOMENTO 1 (L = 1 ora) Introduzione e generalità
Ingegneria sanitaria ambientale.
Inquinamento.
Sviluppo sostenibile.
Misurazione dello stato ambientale.
MACROARGOMENTO 2 (L = 7 ore)Param. misura inquinamento
sostanze solide, COD, BOD, misure respirometriche
nutrienti, altri parametri chimico-fisici, microbiologia
MACROARGOMENTO 3 (L = 5 ore) Principali fenomeni di inquinamento delle acque
Bilancio ossigeno acque correnti, Eq. Streeter & Phelps
Eutrofizzazione: generalità; classif. Stato trofico, eq. Vollenweider; analisi prevenzione e cura
Inquinamento chimico, microbiologico, termico
MACROARGOMENTO 4 (L = 2 ore) Normativa sulle acque
Principale normativa ambientale europea,italiana e regionale acque: testo unico ambientale, riuso, balneazione, ecc.
MACROARGOMENTO 5 (L = 4 ore) Depurazione biologica delle acque
microbiologia e biochimica
principi processi biologici
cinetica crescita biomassa e consumo substrati, ruolo ossigeno
temperatura, ambiti di validità.
Generalità su reattoristica: batch, CSTR e PFR
MACROARGOMENTO 6 (L = 10 ore) Depurazione biologica a fanghi attivi
modelli idrodinamici reattori, curve conversione; carico ed età fango; portata supero
fabbisogno ossigeno, portata ricircolo, criteri di dimensionamento
Nitrificazione e denitrificazione
Modellistica numerica: IWA ASM1. Pacchetti di simulazione processo a fanghi attivi.
Frazione attiva e grado di stabilizzazione della biomassa.
Esempi di dimensionamento di impianti a medio carico e ad ossidazione prolungata
MACROARGOMENTO 7 (L = 5 ore) Sedimentazione e flottazione
impostazione: tipi di sedimentazione
processi di sedimentazione e flottazione; sedimentatori primari e finali, sedimentatori lamellari, disoleatori
manufatti
Problemi gestionali e malattie del fango
MACROARGOMENTO 8 (L = 8 ore) Altri processi di depurazione biologica
Impianti a biomasse adese: percolatori, biodischi, MBBR
TF/SC, biofiltrazione sommersa. Contact/stabilization
Impianti MBR, SBR, cicli alternati. Oxidation ditch, biomasse granulari, deep shaft
Reattori anaerobici. UASB. Sistemi multistadio. Piccolissimi impianti: fosse biologiche e Imhoff
Trattamenti naturali: lagunaggi e fitodepurazione. Specie macrofite.
Criteri dimensionamento hSSF-CW. Pre e post trattamenti. Prestazioni tipiche. Campi applicazione
MACROARGOMENTO 9 (L = 7 ore) Trattamento e gestione dei fanghi di depurazione biologica
Generalità sul trattamento fanghi primari e di supero. Disidratazione e stabilizzazione.
Digestione anaerobica: obiettivi, principi, prod. biogas, Schemi mesofili mono/bistadio. Criteri progetto
Digest. Anaerobica: volumi digestione, estrazione acqua. Stabilizzazione aerobica
Ispessimento e disidratazione meccanica
Essiccamento termico e incenerimento fanghi. Letti essiccamento e fitodisidratazione
MACROARGOMENTO 10 (L = 2 ore) Processi di chiariflocculazione e rimozione chimico fisica del fosforo
Chiariflocculazione
defosfatazione chimico-fisica
MACROARGOMENTO 11 (L = 3 ore) Processi di disinfezione e di ossidazione
Processi di ossido-riduzione. Principali agenti ossidanti e riducenti. Cinetica dei processi di disinfezione.
Cloro gas, ipocloriti e biossido di cloro
Altre tecniche di disinfezione
Processi di ossidazione avanzata
MACROARGOMENTO 12 (L = 4 ore) Processi di filtrazione tradizionale e su membrana
Processi di filtrazione di volume e superficie. Filtrazione su sabbia rapida e lenta Microstacciatura.
Trattamenti a membrana: classificazione; micro e ultrafiltrazione; osmosi inversa; nanofiltrazione.
Principali applicazioni dei processi a membrana. Dissalazione dell'acqua di mare.
MACROARGOMENTO 13 (L = 2 ore) Adsorbimento e scambio ionico
Adsorbimento e carboni attivi
Scambio ionico
MACROARGOMENTO 14 (L = 2 ore) Applicazione dei processi unitari alla potabilizzazione delle acque
Potabilizzazione acque superficiali: principali schemi di trattamento
Potabilizzazione acque sotterranee: principali schemi di trattamento
MACROARGOMENTO 15 (L = 24 ore) Esercitazione
Dimensionamento processo fanghi attivi denitro-nitro
Dissabbiatura, grigliatura, stacciatura
Dimensionamento defosfatazione, sedimentatori, eventuale omogeneizzazione-equalizzazione
Trattamenti finali; gestione acque pioggia; variab. stagionale
Dimensionamento linea fanghi
Verifica del processo con software BioWin: condizioni stazionarie
Verifica dinamica del processo con software BioWin: portate e carichi variabili
Calcolo profilo idraulico e dimens. stazione sollevamento
Verifica finale
MACROARGOMENTO 16 (L= 4 ore) Visita tecnica
Visita tecnica ad un impianto di trattamento acque primarie o acque reflue diverso di anno in anno
The detail program (with date / time of the individual lessons) can be downloaded from the teacher's home page
SECTION 1 (L = 1 hour) Introduction and general information
Sanitary - Environmental engineering
Pollution
Sustainable Development
Measurement of the environmental status
SECTION 2 (L = 7 hours) Parameters of water pollution measurement
solid substances, COD, BOD, respirometric measurements
nutrients, other chemical-physical parameters, pathogen indicators
SECTION 3 (L = 5 hours) Main water pollution phenomena
Oxygen balance of water streams, Streeter & Phelps equation
Eutrophication: generality; classification of throphic state, Vollenweider equation; prevention and control analysis
Chemical, microbiological, and thermal pollution
SECTION 4 (L = 2 hours) Water regulation
Main European, Italian and regional environmental legislation: environment protection law, reuse, bathing, etc.
SECTION 5 (L = 4 hours) Generality of biological wastewater treatment
microbiology and biochemistry
principles of biological processes
biomass growth and substrate consumption kinetics, oxygen role
temperature, scope of validity.
General information on reactors: batch, CSTR and PFR
SECTION 6 (L = 10 hours) activated sludge biological wastewater treatment
hydrodynamic reactor models, conversion curves; sludge load and age; excess sludge
oxygen requirements, recirculation flow rate, sizing criteria
Nitrification and denitrification
Numerical modeling: IWA ASM1. Activated sludge process simulation packages.
Active fraction and stabilization degree of biomass.
Examples of sizing of plants with medium load and prolonged oxidation
SECTION 7 (L = 5 hours) Sedimentation and flotation
generalities: sedimentation types
sedimentation and flotation processes; primary and final settlers and clarifiers, lamella clarifiers, oil and grease removal chambers
technical description of facilities
Operation problems and sludge diseases
SECTION 8 (L = 8 hours) Other biological wastewater treatment processes
attached biomass growth plants: thrickling filters, rotating biological contactors, MBBR
TF / SC, submerged biofiltration. Contact / stabilization
MBR, SBR, alternating cycles. Oxidation ditch, granular biomass, deep shaft
Anaerobic reactors. UASB. Multistage systems. Very small plants: biological chambers and Imhoff tanks
Natural treatments: treatment ponds, lagoons and constructed wetlands. Macrophytic species.
HSSF-CW dimensioning criteria. Pre and post treatments. Typical performances. Application fields
SECTION 9 (L = 7 hours) Treatment and management of biological purification sludge
General information on primary and excess sludge treatment. Dewatering and stabilization.
Anaerobic digestion: goals, principles, biogas production, mesophilic single / double stage patterns. Design criteria
Anaerobic digestion: Digestion volumes, water extraction. Aerobic Stabilization
Mechanical thickening and dewatering
Thermal drying and sludge incineration. Drying beds and dewatering reed beds
SECTION 10 (L = 2 hours) Flocculation-clarification processes and physical-chemical removal of phosphorus
Flocculation-clarification
chemical-physical phosphorus removal
SECTION 11 (L = 3 hours) Disinfection and oxidation processes
Oxidation-reduction processes. Main oxidizing and reducing agents. Kinetics of disinfection processes.
Chlorine gas, hypochlorite and chlorine dioxide
Other disinfection techniques
Advanced oxidation processes
SECTION 12 (L = 4 hours) Traditional and membrane filtration processes
Volume and surface filtration processes. Rapid and slow sand filtration. Microscreening.
Membrane treatments: classification; micro and ultrafiltration; reverse osmosis; nanofiltration.
Main applications of membrane processes. Seawater desalination
SECTION 13 (L = 2 hours) Adsorption and ion exchange
Adsorption and activated carbons
Ion exchange
SECTION 14 (L = 2 hours) Application of unitary processes to drinking water purification
Surface water purification for drinking purposes: main treatment schemes
Groundwater purification for drinking purposes: main treatment schemes
SECTION 15 (L = 24 hours) Application drill
Denitro-nitro activated sludge process sizing
Grit removal, sieving
Sizing of phosphorus removal, sedimentation, homogenization-equalization
Final treatments; rain water handling; seasonal variability
Sludge treatment sizing
Process validation with BioWin software: stationary conditions
Dynamic process validation with BioWin software: flow rates and variable loads
Calculation of hydraulic profile and sizing of main pumping station
Final verification
SECTION 16 (L = 4 hours) Technical visit
Technical visit to a primary or waste water treatment plant different from year to year
Testi di riferimento:
Autore: Vari
Titolo: Dispense scaricabili dalla homepage del docente people.unipi.it/renato_iannelli
Autore: Luca Bonomo
Titolo: Trattamenti delle acque reflue
Editore: McGraw-Hill Italia
ISBN: 978-88-386-6518-9
Testi di consultazione:
Autore: Carlo Collivignarelli - Sabrina Sorlini
Titolo: Potabilizzazione delle acque - processi e tecnologie
Editore: Dario Flaccovio Editore
ISBN: 978-88-7758-856-2
Autore: Piero Sirini
Titolo: Ingegneria sanitaria-ambientale
Editore: McGraw-Hill Italia
ISBN: 88-386-0897-0
The main reference books and supplementary material are in Italian.
However, the following English book is suggested as useful reference:
Authors: Metcalf & Eddy, Inc., George Tchobanoglous, Franklin Burton, H. David Stensel
Wastewater egineering - Treatment, disposal, reuse (4th edition)
McGraw-Hill Education
ISBN: 978-00-704-1878-3
Anche se la frequenza alle lezioni non è obbligatoria, è fortemente raccomandata. E' invece indispensabile partecipare alle esercitazioni di gruppo che si svolgono nel secondo periodo didattico.
In caso di assoluta impossibilità di frequentare la maggior parte delle lezioni, si raccomanda di studiare sul testo principale seguendo gli argomenti delle singole lezioni pubblicate sulla homepage del docente people.unipi.it/renato_iannelli ed utilizzando le dispense integrative scaricabili dalla stessa homepage del docente.
Although the frequency of lessons in the first teaching period is not mandatory, it is strongly recommended. Conversely, it is essential to attend group exercises that take place in the second teaching period.
If you are unable to attend most of the lessons, it is recommended that you study the main text following the topics of the individual lessons published on the teacher's homepage people.unipi.it/renato_iannelli and using the supplementary documentation to be downloaded from the same teacher's homepage.
Esame orale
Oral examination
