CdSINGEGNERIA IDRAULICA, DEI TRASPORTI E DEL TERRITORIO
Codice062HH
CFU9
PeriodoAnnuale
LinguaItaliano
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| INGEGNERIA SANITARIA AMBIENTALE | ICAR/03 | LEZIONI | 90 |
|
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.
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.
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 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
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.
- 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
- 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
- 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
- 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
Concetti di base di idraulica e chimica
Basic knowledge of hydraulics and chemistry
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.
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.
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
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
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: Giuseppe D’Antonio
Titolo: Trattamento dei rifiuti solidi urbani. Tecniche e sistemi di smaltimento finale
Editore: Maggioli Editore
ISBN: 978-88-3871-070-4
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
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
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.
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.
Esame orale
Oral examination