Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio

PROGRAMMA ARGOMENTO 1. CINETICA DELLE REAZIONI CHIMICHE Introduzione al corso. Bilanci di materia. Stechiometria e cinetica delle reazioni chimiche (Reazioni reversibili ed irreversibili, Reazioni omogenee ed eterogenee. Ordine di reazione (lezioni 1-3, esercitazioni 1-2). ARGOMENTO 2. ANALISI DEI REATTORI Modello del reattore batch. Modello del reattore a completo mescolamento (Analisi del comportamento del CFSTR al transitorio ed allo stato stazionario, Analisi di reattori CFSTR in serie, Relazione tra efficienza di processo e tempo medio di residenza idraulica). Modello del reattore con flusso a pistone (Analisi del comportamento del PFR allo stato stazionario). Confronto di efficienza tra CFSTR e PFR. Analisi dei reattori reali (Alimentazione a gradino ed alimentazione ad impulso, Funzione di distribuzione dei tempi di residenza idraulica) (lezioni 4-8, esercitazioni 3-5). ARGOMENTO 3. CARATTERIZZAZIONE DELLE ACQUE REFLUE Acque di rifiuto. Parametri di inquinamento (Biochemical Oxygen Demand [BOD], Chemical Oxygen Demand [COD], Composti dell’azoto [TKN, azoto ammoniacale, azoto organico, nitriti e nitrati], Solidi, Composti del fosforo. Caratteristiche delle acque di rifiuto (lezioni 11-13, esercitazione 8 [laboratorio]) ARGOMENTO 4. TRATTAMENTI CHIMICO-FISICI DELLE ACQUE REFLUE Operazioni unitarie. Equalizzazione. Equalizzazione delle portate. Equalizzazione in linea e fuori linea. Capacità di regolazione totale. Leggi di erogazione variabili nel tempo (lezioni 9-10, esercitazione 6). Sedimentazione libera. Velocità terminale di sedimentazione (Legge di Newton, Legge di Stokes). Velocità di overflow e determinazione dell’efficienza di rimozione. Sedimentazione per flocculazione. Sedimentazione a zona. Teoria del flusso solido. Analisi delle condizioni di carico per sedimentatori secondari. Sedimentazione per compressione (lezioni 14-17, esercitazione 7). Coagulazione-flocculazione (lezione 18). Disinfezione delle acque (lezione 27). Cenni sulle operazioni unitarie di trattamento fanghi (lezione 27). ARGOMENTO 5. TRATTAMENTI BIOLOGICI DELLE ACQUE REFLUE Equazioni della cinetica biologica. Velocità di crescita e tasso di crescita. Rendimento massimo di crescita della biomassa. Equazione di Monod. Velocità di utilizzazione del substrato. Velocità di respirazione endogena. Reattore a mescolamento completo (CFSTR) a biomassa sospesa senza ricircolo. Bilanci di microrganismi e di substrato. Tempo di residenza idraulica e tempo medio di residenza cellulare. Equazioni fondamentali. Rendimento netto di crescita. Dipendenza del substrato e dell’efficienza in funzione del tempo medio di residenza cellulare. Tempo medio minimo di residenza cellulare. Reattore a mescolamento completo (CFSTR) a biomassa sospesa con ricircolo. Bilanci di microrganismi e di substrato. Equazioni di bilancio (caso dello spurgo dal reattore o dalla linea di ricircolo dei fanghi). Dipendenza delle concentrazioni di substrato e di microrganismi e del rendimento di crescita osservato dal tempo medio di residenza cellulare. Fabbisogno teorico di ossigeno. Aspetti economici (lezioni 19-25, esercitazioni 9-10). Nitrificazione biologica. Denitrificazione biologica (lezione 26).

Per seguire con profitto l’insegnamento di Ingegneria Sanitaria-Ambientale e superarne la prova d’esame è indispensabile la conoscenza delle nozioni fondamentali delle seguenti discipline: • analisi matematica (in particolare per quanto attiene ai limiti delle funzioni e al calcolo differenziale ed integrale) • fisica (in particolare per quanto attiene alle equazioni cardinali della statica e della dinamica e ai concetti di base della termodinamica) • chimica (in particolare per quanto attiene alla stechiometria delle reazioni chimiche, ai concetti di equilibrio chimico in soluzione acquosa e ad alcune tipologie di reazioni chimiche [reazioni acido-base, reazioni redox]) • meccanica dei fluidi (in particolare per quanto attiene alle grandezze fondamentali dell’idraulica, alla statica e alla dinamica dei fluidi) Risulta inoltre utile, ai fini della comprensione di alcuni degli argomenti trattati nel corso, anche la conoscenza delle nozioni di base della biologia, della biochimica e dell’ecologia. Per sostenere l’esame sono previste le seguenti propedeuticità obbligatorie: Chimica, Meccanica dei fluidi

Sirini P., Ingegneria Sanitaria-Ambientale. Principi, teorie e metodi di rappresentazione, McGraw-Hill, Milano, 2002 Misiti A., Fondamenti di Ingegneria Ambientale, Nuova Italia Scientifica, Firenze 1994 Metcalf & Eddy, Inc., Ingegneria delle Acque Reflue. Trattamento e Riuso, 5a ed., McGraw-Hill, Milano, 2006 Dispense a cura del docente Nota: il materiale didattico fornito dal docente è disponibile al seguente link (accesso con password fornita agli studenti iscritti al corso dopo registrazione alla pagina Classroom del corso stesso [informazioni di dettaglio sulla bacheca docente]): https://alessandrapolettini.site.uniroma1.it/didattica

Le modalità di svolgimento del corso prevedono una combinazione di lezioni frontali ed esercitazioni pratiche, affiancate da una o due esperienze di laboratorio. È previsto inoltre che al termine del corso lo studente predisponga un elaborato consistente in una relazione tecnica sulle esercitazioni svolte durante il corso. La conoscenza e la capacità di comprensione definite negli obiettivi dell’insegnamento vengono sviluppate essenzialmente nell’ambito delle lezioni frontali; la capacità di applicare conoscenza e comprensione viene sviluppata contestualmente nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni pratiche; le capacità trasversali (capacità di apprendimento autonomo) verranno invece sviluppate mediante la predisposizione dell’elaborato tecnico e lo studio individuale.

La frequenza delle lezioni non è richiesta obbligatoriamente.

La valutazione della preparazione degli allievi sarà svolta mediante prove di verifica in itinere su argomenti selezionati durante lo svolgimento del corso, nonché mediante una prova finale d'esame. Questa sarà effettuata mediante discussione orale dei principali argomenti trattati nel corso (di norma 3 argomenti selezionati dal docente al momento della prova), dei quali uno avente per oggetto le elaborazioni pratico/progettuali che dovranno essere presentate in forma di relazione scritta il giorno della prova finale d'esame. La valutazione finale verrà effettuata tenendo conto prioritariamente (70-80%) della conoscenza e comprensione acquisite nonché delle capacità di applicare queste ultime, e per il restante 20-30% alla dimostrata autonomia di giudizio e alle capacità di apprendimento autonomo. Ciascuno di questi aspetti verrà valutato sui 3 argomenti selezionati dal docente al momento della prova d’esame

O. Levenspiel, Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons Ed. McGraw-Hill M.L. Davis, D.A. Cornwell, Introduction to Environmental Engineering, McGraw-Hill A.S. Foust, L.A. Wenzel, C.W. Clump, L. Maus, L.B. Andersen, I Principi delle operazioni unitarie, Casa Editrice Ambrosiana

Le modalità di svolgimento del corso prevedono una combinazione di lezioni frontali ed esercitazioni pratiche, affiancate da una o due esperienze di laboratorio. È previsto inoltre che al termine del corso lo studente predisponga un elaborato consistente in una relazione tecnica sulle esercitazioni svolte durante il corso. La conoscenza e la capacità di comprensione definite negli obiettivi dell’insegnamento vengono sviluppate essenzialmente nell’ambito delle lezioni frontali; la capacità di applicare conoscenza e comprensione viene sviluppata contestualmente nelle lezioni frontali e nelle esercitazioni pratiche; le capacità trasversali (capacità di apprendimento autonomo) verranno invece sviluppate mediante la predisposizione dell’elaborato tecnico e lo studio individuale.