Scheda programma d'esame
INGEGNERIA SANITARIA AMBIENTALE
RENATO IANNELLI
Anno accademico2017/18
CdSINGEGNERIA DELLE INFRASTRUTTURE CIVILI E DELL'AMBIENTE
Codice062HH
CFU9
PeriodoAnnuale

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
INGEGNERIA SANITARIA AMBIENTALEICAR/03LEZIONI90
RENATO IANNELLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Fornire un’informazione di base di interesse per l’ingegnere civile relativamente alla conoscenza dei fenomeni di inquinamento dell’acqua, del suolo e dell’aria, nonché delle principali tecniche di gestione e trattamento delle acque reflue, delle acque primarie, dei rifiuti solidi e dei suoli contaminati. Il tutto con un particolare approfondimento (inclusa una esercitazione consistente nel progetto di massima di un impianto e due visite tecniche) delle tecniche di depurazione delle acque reflue civili finalizzate al riuso o alla restituzione all'idrografia superficiale.

Knowledge

Providing basic knowledge for civil engineers on pollution phenomena of water, soil and air and on the main techniques for handling, and treatment of primary water, wastewater, solid waste and contaminated soils. 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 two technical site-visits.

Modalità di verifica delle conoscenze

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

Assessment criteria of knowledge

During the final oral exam, the knowledge of the topics discussed and the critical ability to compare and apply theoretical arguments will be verified.

Capacità

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

Skills

Design and operation of the various phases 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

Modalità di verifica delle capacità

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.

Assessment criteria of skills

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.

Comportamenti
  • Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche ambientali
  • Lo studente potrà saper gestire responsabilità di progettazione di un impianto di depurazione
  • Saranno acquisite opportune accuratezza e precisione nello svolgere attività legate a progettazione e conduzione di impianti di ingegneria sanitaria ambientale
Behaviors
  • Students can acquire and / or develop sensitivity to environmental issues
  • Students will be able to manage the design responsibility of a wastewater treatment plant
  • Appropriate accuracy and precision will be gained in carrying out activities related to the design and operation of sanitary environmental engineering facilities
Modalità di verifica dei comportamenti
  • Durante le sessioni di esercitazione saranno valutati il grado di accuratezza e precisione delle attività svolte
  • Durante il lavoro di gruppo sono verificate le modalità di definizione delle responsabilità, di gestione e organizzazione delle fasi progettuali
  • Al termine delle esercitazioni saranno richieste agli studenti una relazione e delle tavole relative al progetto sviluppato
Assessment criteria of behaviors
  • During exercise sessions, the degree of accuracy and precision of the activities will be evaluated
  • During the group work, the ways of defining the responsibilities, the management and organization of the project phases are examined
  • At the end of the exercises, students will be asked for a report and drawings related to the developed design
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

 Concetti di base di idraulica e chimica

Prerequisites

Basic knowledge of hydraulics and chemistry

Indicazioni metodologiche

L'insegnamento di 9 crediti formativi (CFU) viene impartito per metà nel primo periodo didattico (4 ore di lezione settimanali) e per metà nel secondo periodo didattico (4 ore settimanali, di cui 2 di lezioni e 2 di esercitazioni pratiche). Al termine del secondo periodo didattico si svolgono due visite di studio presso due impianti di trattamento acque, di trattamento rifiuti o di bonifica di siti contaminati, diversi 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 verrà 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:

  • Relazione tecnica con almeno i seguenti capitoli:
    • Parametri di progetto
    • Descrizione e commento delle scelte progettuali
    • Dimensionamento delle fasi di processo
    • Calcolo del profilo idraulico
  • Planimetria generale, sistemazioni a verde e viabilità;
  • Planimetria dei collegamenti idraulici;
  • Schema di processo;
  • Profilo idraulico dell’impianto.
Teaching methods

The teaching of 9 credits (CFU) is taught halfway in the first teaching period (4 hours/week of lesson) and half in the second teaching period (4 hours a week, 2 of which are lessons and 2 practical exercises). At the end of the second teaching period two site visits are organized at two water treatment plants, waste treatment or reclamation of contaminated sites, different from year to year.

During the practical exercise cycle, a civil wastewater treatment plant will be 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 will be 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:

  • Technical report with at least the following chapters:
    • Design parameters
    • Description and comment on design choices
    • Sizing of process stages
    • Calculation of the hydraulic profile
  • General layout, green and viable accommodation;
  • Plumbing layout;
  • Process diagram;
  • Hydraulic system profile.
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Il programma di dettaglio (con data/ora delle singole lezioni) può essere scaricato dalla home page del docente

MACROARGOMENTO 1 (L = 2 ore) Introduzione e generalità

Ingegneria sanitaria ambientale.

Inquinamento.

 Sviluppo sostenibile.

Misurazione dello stato ambientale.

MACROARGOMENTO 2 (L = 5 ore)Param. misura inquinamento

sostanze solide, COD, BOD, misure respirometriche

altri parametri chimici, microbiologia

MACROARGOMENTO 3 (L = 4 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 = 7 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

Problemi gestionali e malattie del fango

MACROARGOMENTO 7 (L = 3 ore) Sedimentazione e flottazione

impostazione: tipi di sedimentazione

processi di sedimentazione e flottazione; sedimentatori primari e finali, sedimentatori lamellari, disoleatori

manufatti

MACROARGOMENTO 8 (L = 6 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 = 5 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 = 3 ore) Rimozione del fosforo e processi di chiariflocculazione

Chiariflocculazione e defosfatazione chimico-fisica

Defosfatazione biologica

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 = 3 ore) Adsorbimento e scambio ionico

Adsorbimento e carboni attivi

Scambio ionico

MACROARGOMENTO 14 (L = 2 ore) Potabilizzazione delle acque

Potabilizzazione acque superficiali: principali schemi di trattamento

Potabilizzazione acque sotterranee: principali schemi di trattamento

MACROARGOMENTO 15 (L = 7 ore) Gestione e trattamento dei rifiuti solidi e liquidi - trattamento fumi inceneritori

Impostazione, cenni storici, produzione, normativa, caratterizzazione chimico fisica e merceologica; classificazione.

Teniche di raccolta differenziata, riciclaggio e riuso

Compostaggio, trattamento meccanico-biologico, CDR, CDR-Q, digestione e co-digestione anaerobica

Impianti di termovalorizzazione: sezione di raccolta ed alimentazione; camera di combustione e post-combustione; caldaia e ciclo termodinamico di recupero dell'energia termica

Principali contaminanti nei fumi degli inceneritori: macro e microinquinanti organici e inorganici

Sezioni di trattamento dei fumi dei termovalorizzatori

Discarica controllata: criteri di progetto e di coltivazione

Normativa; discariche per rifiuti urbani ed assimilati; discariche per rifiuti speciali e per rifiuti pericolosi

Impianti di captazione e gestione del biogas

Impianti di raccolta, gestione e trattamento dei percolati

MACROARGOMENTO 16 (L = 5 ore) Bonifica di terreni, sedimenti e acque di falda contaminati

Normativa italiana sulla gestione dei siti contaminati. Procedure amministrative

Classificazione: messa in sicurezza di emergenza, operativa, permanente; bonifica. Siti potenzialmente contaminati e siti contaminati.

Metodi e criteri di caratterizzazione dei siti potenzialmente contaminati

Analisi di rischio sito specifica

Tecniche di bonifica biologiche e chimico-fisiche in-situ ed ex-situ di terreni e sedimenti

Tecniche di bonifica biologiche e chimico-fisiche in-situ ed ex-situ di acque di falda

Syllabus

The detail program (with date / time of the individual lessons) can be downloaded from the teacher's home page


Section 1 (2 hours) Introduction and generality

Sanitary environmental engineering

Pollution

 Sustainable Development

Measurement of the environmental state

Section 2 (5 hours) Parameters of water pollution measurement

solid substances, COD, BOD, respirometric measures

other chemical parameters, pathogen indicators

Section 3 (4 hours) Main water pollution phenomena

Oxygen balance of water streams, Streeter & Phelps equation

Eutrophication: generality; classif. of throphic state, Vollenweider equation; prevention and control analysis

Chemical, microbiological, and thermal pollution

Section 4 (2 hours) Water regulation

Main European, Italian and regional environmental legislation: environment protection law, reuse, bathing, etc.

Section 5 (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.

Reactor generalities: batch, CSTR and PFR reactors

Section 6 (7 hours) activated sludge biological wastewater treatment

hydrodynamic reactor models, conversion curves; sludge load and age; excess sludge

oxygen requirements, recirculation flow, dimensioning criteria

Nitrification and denitrification

Numerical modeling: IWA ASM1. Active sludge simulation software.

Active fraction and degree of stabilization of biomass.

Examples of dimensioning of medium load and prolonged oxidation plants

Operation problems and sludge diseases

Section 7 (3 hours) Sedimentation and flotation

generalities: sedimentation types

sedimentation and flotation processes; primary and final clarifiers, lamella clarifiers, oil and grease removal chambers

technical description of facilities 

Section 8 (6 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 performance. Application fields

Section 9 (5 hours) Treatment and management of produced sludge and biosolids

Generalities on Primary and Super 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

Section 10 (3 hours) biological and chemico-physical phosphorus removal and flocculation-clarification processes

Flocculation-clarification and chemical-physical P removal

EBPR (enhanced biological phosphorus removal)

Sectopm 11 (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 (4 hours) Traditional filtration and membrane filtration processes

Volume and surface filtration processes. Rapid and slow sand filtration. Microscreening.

Membrane treatments: classification; micro and ultrafiltration; osmosis inversa; nanofiltration.

Main applications of membrane processes. Seawater desalination

Section 13 (3 hours) Adsorption and ion exchange

Adsorption and activated carbon

Ionic exchange

Section 14 (2 hours) Drinking water purification

Surface water purification: main treatment trains

Groundwater purification: main treatment trains

Section 15 (7 hours) Management and treatment of solid and liquid waste - incineration exhaust treatment

Setting, historical, production, regulatory, physical, chemical and product characterization; classification.

Separate collection, recycling and reuse

Composting, mechanical-biological treatment, RDF, anaerobic digestion and co-digestion

Waste-to-energy plants: collection and feeding section; combustion chamber and post-combustion chamber; boiler and thermodynamic cycle of thermal energy recovery

Main contaminants in the incinerator eshausts: organic and inorganic macro and microcontaminants

Sections for the treatment of exhausts from waste-to-energy plants

Controlled landfill: design and cultivation criteria

Regulation; landfills for urban waste and assimilated; landfills for special waste and for hazardous waste

Biogas collection and treatment facilities

Installations for the collection, handling and treatment of percolate

Section 16 (5 hours) Reclamation of contaminated soil, sediment and water

Italian legislation on the management of contaminated sites. Administrative procedures

Classification: emergency site securing procedures, permanent site securing procedures; remediation. Potentially contaminated sites and contaminated sites.

Methods and criteria for the characterization of potentially contaminated sites

Site specific risk analysis

In-situ and ex-situ biological and chemical-physical remediation techniques for soils and sediments

In-situ and ex-situ biological and chemical-physical remediation techniques for groundwater

Bibliografia e materiale didattico

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

 

Autori: G. De Feo, S. De Gisi, M. Galasso

Titolo:  Rifiuti solidi - Progettazione e gestione di impianti per il trattamento e lo smaltimento

Editore: Dario Flaccovio

ISBN:  978-88-579-0133-6

 

Autore: Luca Bonomo

Titolo: Bonifica di siti contaminati

Editore: McGraw-Hill Italia

ISBN: 88-386-6278-9

 

Autore: Piero Sirini

Titolo: Ingegneria sanitaria-ambientale

Editore: McGraw-Hill Italia

ISBN: 88-386-0897-0

Bibliography

The main reference books and supplementary material are in Italian.

However, the following English books are suggested as useful references:

 

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

 

Authors: R. Chandrappa, J. Brown 

Solid waste management - Principles and practice

Springer

ISBN 978-3-642-28681-0

 

S.S. Suthersan, J.Horst, M.Schnobrich, N.Welty, J. MdDonough

Remediation Engineering - Design concepts

CRC Press

ISBN: 978-1-4987-7327-0

Indicazioni per non frequentanti

Anche se la frequenza non è obbligatoria, è fortemente raccomandata. In particolare è necessario 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.

Non-attending students info

Although the frequency is not mandatory, it is strongly recommended. In particular, it is necessary 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.

Modalità d'esame

Esame orale

Assessment methods

Oral examination

Ultimo aggiornamento 27/04/2018 12:53