Docente: Ing. Renato Baciocchi
PROGRAMMA
Classificazione e proprietà chimico-fisiche degli inquinanti
CLASSIFICAZIONE DEGLI INQUINANTI: Inquinanti organici: idrocarburi, solventi, composti clorurati (solventi clorurati, PCB, diossine), pesticidi. Inquinanti inorganici: metalli pesanti, cianuri.
PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE: volatilità, solubilità, reattività.
Trasformazioni degli inquinanti nel sottosuolo
TRASFORMAZIONI FISICHE: adsorbimento, ripartizione acqua-suolo, fenomeni di volatilizzazione.
TRASFORMAZIONI CHIMICHE: trasformazioni biotiche: processo di detossificazione, meccanismi di biodegradazione aerobici ed anaerobici, processi cometabolici. Trasformazioni abiotiche: reazioni di ossido-riduzione, Reazioni di idrolisi.
Trasporto degli inquinanti nel sottosuolo
ELEMENTI DI BASE: Ciclo idrogeologico, Il suolo e il suo profilo verticale, Strutture idrogeologiche semplici (tipi di acquiferi), Parametri fisici del suolo (definizione e strumenti di misura), Parametri chimico-fisici degli inquinanti.
FENOMENI DI TRASPORTO (1/2): Energia e moti di filtrazione. Equazione di Bernoulli. Campo di moto in zona satura (Legge di Darcy - Equazione di conservazione della massa). Equazione per il trasporto e la diffusione del contaminante in zona satura. Campo di moto in zona insatura (Equazione di Richards). Equazione per il trasporto e la diffusione del contaminante in zona satura e insatura. Metodi di soluzione analitica e numerica delle equazioni differenziali. Modelli analitici e numerici per il trasporto dei contaminanti in zona satura. Modelli analitici e numerici per il trasporto dei contaminanti in zona insatura
FENOMENI DI TRASPORTO (2/2): Principali parametri caratteristici degli ambienti aperti e confinati. Migrazione da suolo saturo e insaturo in ambienti aperti (outdoor). Migrazione da suolo saturo e insaturo in ambienti confinati (indoor).
METODI STATISTICI DI ELABORAZIONE DEI DATI AMBIENTALI: Tipologie di distribuzione dei dati (gaussiana, log-normale, gamma, non parametrica), Test per la selezione del tipo di distribuzione. Metodi di stima del valore rappresentativo. Esempio applicativo del software ProUCL.
Applicazioni:
Dispersione degli inquinati in zona satura: applicazione del modello FEFLOW.
Trasporto degli inquinanti nei corpi idrici superficiali
DIFFUSIONE DEGLI INQUINANTI IN UN’ASTA FLUVIALE: Equazione di bilancio della quantità di moto. Equazione di bilancio della massa di inquinante. Tasso di respirazione e tasso specifico di crescita algale. Ciclo dell’azoto, ciclo del fosforo, BOD, ossigeno disciolto, coliformi Modelli di previsione dell’inquinamento organico (curva a sacco).
EUTROFIZZAZIONE DEI LAGHI: Distribuzione verticale della temperatura, Idrodinamica dei laghi, Deossigenazione delle acque, Stratificazione dei laghi, Eutrofizzazione (equazione di bilancio del fosforo disciolto, della biomassa algale, dei sedimenti, del fosforo al fondo), Classificazione dei laghi, Bilancio dei carichi di fosforo (carichi localizzati, carichi diffusi, interventi per la limitazione dei carichi, Tecniche di risanamento e tecniche di cura
Trasporto degli inquinanti in atmosfera
L’ATMOSFERA: Estensione e struttura dell’atmosfera, Composizione dell’aria, Principali parametri fisici (temperatura, pressione, umidità, radiazione solare), Il bilancio energetico, Principali inquinanti e sorgenti di inquinamento, Scale spaziali e temporali dei processi atmosferici, Definizione di Strato Limite Atmosferico (SLA), La stabilità atmosferica e le classi di stabilità, Le inversioni termiche: andamento giorno-notte, Il vento (circolazione globale e locale), La deposizione (secca, umida, occulta)
FENOMENI DI TRASPORTO: Campo fluidodinamico, Trasporto e dispersione del contaminante in atmosfera , Soluzioni dell’equazione di diffusione (analitiche e numeriche), Modelli di qualità dell’aria (deterministici e stocastici)
Applicazioni: Dispersione degli inquinati in atmosfera: applicazione del modello APC-2.
Trasformazioni degli inquinanti in atmosfera
PROCESSI DI RICADUTA DEGLI INQUINANTI: ricaduta secca e ricaduta umida di inquinanti gassosi e particolato ; modelli previsionali per la stima dei tassi di ricaduta.
PROCESSI FOTOCHIMICI: inquinanti primari e secondari, processi fotochimici tra ossidi di azoto ed idrocarburi, formazione di ozono troposferico, eventi di inquinamento fotochimico.
Esercitazioni: Dispersione degli inquinanti in atmosfera: applicazione dei modelli di ricaduta degli inquinanti.
Cambiamenti climatici ed opzioni di mitigazione
I CAMBIAMENTI CLIMATICI: discussione dei dati climatici. Andamento della concentrazione di gas-serra, legame tra cambiamenti climatici e gas serra, discussione degli effetti sulle diverse matrici ambientali, gli scenari IPCC.
AZIONI DI MITIGAZIONE: La teoria dei cunei di Socolow, Analisi tecnica ed economica delle diverse opzioni di mitigazione: rinnovabili (biomasse, solare, eolico), de-carbonatazione del sistema energetico (idrogeno, celle a combustibile), risparmio energetico. Il Protocollo di Kyoto. Il sistema europeo di scambio dei crediti di carbonio. La situazione italiana: il piano nazionale di allocazione delle emissioni di CO2. La direttiva 20-20-20.
CATTURA E STOCCAGGIO DI CO2: Principi generali. Schemi di cattura: pre-combustione, post-combustione, oxy-fuel. Tecnologie di cattura: assorbimento con solventi (chimico e fisico), adsorbimento (cicli PSA, TSA), separazione con membrane. Opzioni di stoccaggio: stoccaggio geologico in-situ (acquiferi salini profondi, giacimenti di petrolio (Enhanced Oil recovery), letti di carbone per la produzione di metano (Enhanced Coal Bed Methane Recovery, applicazioni in scala commerciale e/o pilota, costi, limiti della tecnologia); stoccaggio ex-situ: carbonatazione minerale (materiali, vie di carbonatazione, requisiti energetici, brevetti, costi).
Valutazione di impatto ambientale (VIA)
Definizione di concetti base e campo di applicazione della valutazione di impatto ambientale. Legislazione, studio di impatto ambientale, presentazione dei punti in cui si articola uno studio di impatto ambientale, identificazione degli impatti significativi, stima degli impatti, incertezza delle previsioni, valutazione tecnica degli impatti, le componenti della qualità ambientale, indicatori ambientali, criteri di accettabilità degli impatti indotti.
Analisi di ciclo di vita (LCA)
Applicazioni: Applicazione della LCA ad un caso studio.
Risultati dell'apprendimento
Comprendere i fenomeni di inquinamento, il trasporto, la dispersione e la trasformazione degli inquinanti. Adottare misure di mitigazione.
Propedeuticità
Ingegneria Sanitaria Ambientale
Testi di Riferimento
Finzi, Pirovano, Volta, Gestione della qualità dell'aria
Mc Graw Hill
Seinfeld, Pandis, Atmospheric Chemistry, John Wiley
Watts, Hazardous Wastes, John Wiley
Dispense del docente