Syllabus del corso
Obiettivi
Conoscenza sistemica del ciclo integrato di gestione dei rifiuti urbani e industriali, delle acque reflue urbane e industriali e degli interventi di bonifica dei siti contaminati.
Conoscenze e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente conosce:
- I fondamenti dello sviluppo sostenibile;
- I processi chimico-fisici di neutralizzazione, precipitazione e sedimentazione;
- I processi di trattamento di acque reflue civili;
- I fondamenti e le tecnologie della termodistruzione;
- I processi di trattamento dei fumi da termovalorizzazione;
- I metodi di caratterizzazione di un sito contaminato;
- I processi chimico-fisici per la bonifica di siti contaminati.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- Calcolare bilanci di massa e di energia nel ciclo di gestione dei rifiuti.
- Calcolare flussi e bilanci di massa nel ciclo di gestione delle acque reflue.
Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- Analizzare il problema ambientale;
- Valutare criticamente le diverse opzioni disponibili di processi e di impianti;
- Individuare la tecnologia di trattamento più idonea.
Capacità di apprendere
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere gli argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardante la caratterizzazione e il trattamento di rifiuti e siti contaminati.
Contenuti sintetici
Sviluppo sostenibile. Trattamenti chimici e chimico-fisici. Trattamento e smaltimento delle acque reflue municipali. Fondamenti del processo di combustione: basi chimico-fisiche e meccanismi. Trattamenti termici. Il ciclo di gestione dei rifiuti solidi urbani. Il piano di caratterizzazione dei siti contaminati. Metodologie per le indagini e la caratterizzazione analitica dei siti contaminati. Processi e tecnologie chimico-fisiche.
Programma esteso
Tecnologie ambientalmente sostenibili: Aspetti generali e metodologici. Tecnologie e Sviluppo Sostenibile. Indicatori. Life Cycle Assessment. Il trattamento delle acque reflue civili e industriali: Processi e tecnologie chimiche e chimico-fisiche: sedimentazione, flottazione, processi di neutralizzazione acido-base, di precipitazione, di riduzione chimica e di dealogenazione. Impianti per il trattamento biologico delle acque reflue civili: parametri qualitativi e quantitativi per la definizione delle caratteristiche delle acque reflue urbane e industriali; pretrattamenti, pompaggio, grigliatura, equalizzazione, rimozione dei solidi sospesi; processi chimici e chimico-fisici; processi a fanghi attivi e a fanghi adesi; processi di nitrificazione/denitrificazione; processi di defosfatazione; trattamenti terziari; ciclo di gestione dei fanghi. Il trattamento dei rifiuti solidi. La termodistruzione: fondamenti chimico-fisici della combustione, della gassificazione e della pirolisi. Indicatori di combustione. Prodotti di combustione incompleta. Processi e tecnologie di trattamento termico: forno a griglia; forno rotante; forno a letto fluido. Termovalorizzazione di rifiuti solidi urbani: Elementi costitutivi. Bilancio di massa ed energia. Composizione di scorie e fumi. Trattamento dei fumi: abbattimento di polveri, acidi e microinquinanti. Prevenzione della formazione di NOx e loro abbattimento. Trattamento dei residui solidi. Controllo della qualità degli effluenti. La bonifica di siti contaminati: Il Piano di caratterizzazione: raccolta ed elaborazione della documentazione e dei dati esistenti; classificazione; definizione di priorità degli interventi; sopralluogo e indagini preliminari; campionamento e analisi. Il Piano di campionamento e la sua attuazione. La bonifica di siti contaminati con processi e tecnologie chimico-fisiche: lavaggio dei terreni in situ, Soil Flushing, ed ex-situ, Soil Washing; desorbimento termico; estrazione con solventi; estrazione di vapori dal suolo.
Argomenti delle esercitazioni Bilanci di massa e di energia nel ciclo di gestione dei rifiuti. Flussi e bilanci di massa nel ciclo di gestione delle acque reflue. Casi di studio.
Prerequisiti
Fondamenti di Chimica Fisica (cinetica e termodinamica), Chimica inorganica (reazioni di precipitazione e ossidoriduzione), Chimica organica, Fisica generale.
Modalità didattica
L’insegnamento prevede 4 CFU di lezioni frontali, 1 CFU di esercitazioni in aula, 1 CFU di uscita didattica (campus abroad). Nelle esercitazioni in aula viene assegnato agli studenti un problema da risolvere utilizzando i metodi presentati nelle lezioni teoriche. Lo svolgimento del problema è guidato dal docente e tende a sviluppare e rafforzare le capacità dell’allievo di identificare le tecniche più idonee all’applicazione. Nel corso dell’uscita didattica vengono visitati uno o più impianti di trattamento di rifiuti.
Il corso sarà erogato in lingua inglese se richiesto degli studenti stranieri incoming.
Materiale didattico
Il materiale didattico dell’insegnamento viene messo a disposizione sulla piattaforma e-learning.
Testi di riferimento:
Colin Baird e Michael Cann “Chimica Ambientale”, Zanichelli (3. ed.)
George Tchobanoglous, Hilary Theisen e S. A. Vigil “Integrated solid waste management: engineering principles and management issues”, McGraw-Hill
Renato Vismara “Depurazione biologica”, Hoepli
Periodo di erogazione dell'insegnamento
secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
esame orale
l'esame prevede la risoluzione di uno o più esercizi basati sulle esercitazioni (pesa per il 25% sul voto finale) e un colloquio volto a verificare la conoscenza degli argomenti trattati nelle lezioni frontali e l’autonomia di analisi e di giudizio (pesa per il 75% sul voto finale)
il voto è in trentesimi 18-30/30
è possibile sostenere l'esame in lingua inglese
Orario di ricevimento
su appuntamento da fissare per e-mail (elena.collina@unimib.it)
Sustainable Development Goals
Aims
Knowledge of the system cycle of integrated management of municipal and industrial waste, urban and industrial wastewater treatment, remediation of contaminated sites.
Knowledge and understanding
At the end of the course the student knows:
- The foundations of sustainable development;
- The physico-chemical processes of neutralization, precipitation and sedimentation;
- The municipal wastewater treatment processes;
- The fundamentals and technologies of thermal treatment;
- The processes for the treatment of incinerator flue gas;
- The methods of characterization of a contaminated site;
- The physico-chemical processes for the remediation of contaminated sites.
Applying knowledge and understanding
At the end of the course the student is able to:
- Calculate mass and energy balances in the waste management cycle.
- Calculate mass flows and balances in the wastewater management cycle.
Making judgements
At the end of the course the student is able to:
- Analyze the environmental problem;
- Critically evaluate the different available options of processes and plants;
- Identify the most suitable treatment technology.
Learning skills
Being able to apply the acquired knowledge to contexts different from those presented during the course, and to understand the topics covered in the scientific literature concerning the characterization and treatment of wastes and contaminated sites.
Contents
Environmentally sustainable technologies. Chemical and physico-chemical treatments. Wastewater treatment systems. Fundamentals of the combustion process: physico-chemical and chemical bases and mechanisms. Thermal treatments. Municipal solid waste management. Methodologies for investigation, characterization and analyses of contaminated sites. Processes and physico-chemical technologies.
Detailed program
Environmentally sustainable technologies: General and methodological aspects. Technology and Sustainable Development. Indicators. Life Cycle Assessment. Treatment of urban and industrial wastewater: Physico-chemical processes and technologies: sedimentation, flotation, process of acid-base neutralization, precipitation, reduction and dehalogenation. Urban wastewater treatment plants: Qualitative and quantitative parameters which characterize urban vs. industrial waste water; pretreatment, pumping, grilling, EQ, suspended solid removal, chemical and chemico-physical processes, activated sludge and lined sludge processes; nitrification / denitrification; phosphate removal; tertiary treatment; sludge cycle management. Treatment of solid waste. Thermal destruction: chemical and physical fundamentals of combustion, gasification and pyrolysis. Indicators of combustion. Products of incomplete combustion. Processes and technologies for thermal treatment: grate furnace, rotary kiln, fluid bed furnace. MSW incineration: parts of the incinerator plant. Mass and energy balances. Residues of the treatment. Fume processing: dust precipitation, acid and micropollutant scavenging. Prevention of NOx formation, NOx scavenging. Treatment of solid residues. Monitoring the emission quality. The remediation of contaminated sites: The characterization plan: collection and processing of records and existing data, classification, definition of intervention priority; inspection and preliminary investigation, sampling and analysis. The sampling plan and its implementation. Contaminated site remediation by physico-chemical technologies and processes: in situ (Soil Flushing) vs. ex-situ (Soil Washing); thermal desorption, solvent extraction, extraction of vapours from soil.
Exercises: Mass and energy balances in waste management cycles. Flow and mass balances in wastewater cycle. Case Studies.
Prerequisites
Fundamentals of Physical Chemistry (kinetics and thermodynamics), Inorganic Chemistry (precipitation and redox reactions), Organic Chemistry, Physics.
Teaching form
The course includes 4 CFU of lecture classes, 1 CFU of exercise sessions, 1 CFU of campus abroad. In the exercise sessions, students are given a problem to solve using the methods presented in the theoretical lessons. The development of the problem is guided by the teacher and tends to develop and strengthen the student's ability to identify the most suitable techniques for the application. During the campus abroad one or more waste treatment plants are visited.
The course will be taught in English if requested by incoming foreign students.
Textbook and teaching resource
Teaching material will be available on the e-learning platform.
Textbooks:
Colin Baird and Michael Cann “Environmental Chemistry”
George Tchobanoglous, Hilary Theisen and S. A. Vigil “Integrated solid waste management: engineering principles and management issues”, McGraw-Hill
Renato Vismara “Depurazione biologica”, Hoepli
Semester
second semester
Assessment method
oral examination
the examination foresees the resolution of one or more exercises based on the exercise sessions (contributes 25% of the final grade) and an interview aimed at verifying the knowledge of the topics covered in the lectures and the autonomy of analysis and judgment (contributes 75% of the final grade)
exam grade in the range 18-30/30
it is possible to take the exam in English
Office hours
By appointment to be made by e-mail (elena.collina@unimib.it)
