formazione didattica per l`ecologia

FORMAZIONE DIDATTICA PER L’ECOLOGIA
DOCENTE
Dottor Giovanni Iacono. Laureato in chimica industriale, consulente chimico iscritto all’Ordine dei
Chimici del Lazio.
Specialista di processi produttivi in impianti chimici e farmaceutici, collabora con società
multinazionali.
Si occupa di rischio chimico e rischio esplosione, depurazione delle acque reflue industriali e
dell’aria inquinata, smaltimento dei rifiuti industriali pericolosi.
FINALITÀ DEL CORSO
Scopo del corso è quello di fornire le basi conoscitive, gli strumenti di valutazione - qualitativa e
quantitativa - dell’impatto delle principali attività antropiche sugli ecosistemi ed in particolare sugli
ecosistemi acquatici. Verranno analizzati alcuni settori tematici, quali la produzione di energia.
A tal fine verranno ripresi alcuni concetti fondamentali di chimica generale, chimica inorganica,
chimica organica e chimica biologica.
Oltre gli aspetti teorici caratterizzanti ciascun argomento, si analizzeranno le problematiche
tecniche ed impiantistiche riferite all’abbattimento degli inquinanti ai fini della prevenzione della
salute e tutela del territorio. Verranno esaminate le principali normative ambientali di settore.
PROGRAMMA
1) Ecologia
(1) Definizioni di ecologia, biosfera ed ecosistema; comparti abiotici e biotici; habitat e nicchia
ecologica. Struttura dell’atmosfera; energia solare; effetto serra. La fotosintesi clorofilliana. Catene
alimentari, cicli nutritivi e magnificazione biologica.
2) Nozioni di chimica
(2) Teorie sulla struttura dell’atomo: il modello di Rutherford, teoria quantistica e teoria
ondulatoria. Gli orbitali, principio di Pauli e principio di Hund; aufbau. Struttura elettronica e
proprietà chimiche; la tavola periodica degli elementi, metalli e non metalli; la configurazione
elettronica di ottetto.
(3) Legami chimici: legame omeopolare; legami σ e ; legame covalente ed elettronegatività. Il
carbonio e gli orbitali ibridizzati sp3, sp2 e sp. Legame dativo, legame ionico, legame idrogeno e
legame dipolo-dipolo.
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(4) Acidi e basi: teoria di Arrhenius, teoria di Bronsted, teoria di Lewis. Valenza e stato di
ossidazione. Ossidi, anidridi, idrossidi, idracidi, ossiacidi, elementi anfoteri. Definizione di sali, Sali
neutri e basici.
(5) Termochimica: la combustione come reazione di ossido riduzione; ossidante e riducente;
combustione del carbonio, idrogeno e zolfo. Calore di combustione; fiamma ossidante e riducente;
fumi di combustione e prodotti tossici di combustione; effetti biologici del monossido di carbonio.
Incendio e triangolo del fuoco.
(6) Chimica organica: idrocarburi alifatici; composti monofunzionali e polifunzionali. Aromaticità, la
teoria della risonanza di Pauling, struttura del benzene, le formule di Kekulè; regola di Huckel.
3)Inquinamento delle acque
(7) Proprietà fisiche e chimiche dell’acqua, pH, potere solvente, durezza e gradi francesi. Torbidità,
temperatura, colore, odore. Test principali per la caratterizzazione dell’acqua. Acque del
sottosuolo, di fiume, di lago e di mare.
(8) Principali contaminanti microbiologici, inorganici ed organici. Misure di torbidità, turbidimetria e
nefelometria.
(9) I protisti: alghe verdi, alghe dorate, alghe rosse e alghe brune. Protozoi ciliati, flagellati,
amebe; protisti parassiti.
(10) Depurazione delle acque reflue: sistemi biologici; il decreto legislativo 152/2006.
Caratterizzazione delle acque reflue, COD, BOD520, SV-SSV, TOC. Progettazione impianto
trattamento acque civili, abitante equivalente; biodegradabilità e trattabilità biologica.
(11) Depurazione biologica a fanghi attivi, vasche di ossidazione biologica e flocculazione. I
protozoi ciliati e la qualità dell’acqua depurata. Fasi della colonizzazione batterica della acque;
batteri fiocco-formatori e batteri filamentosi.
(12) Fattori ambientali per la crescita dei microrganismi: legge di Henry; temperatura, ossigeno
disciolto, luce, pH; sostanze tossiche, inibitori enzimatici e meccanismi di inibizione.
(13) Sedimentazione dei fanghi ed impianto di sedimentazione; processi di formazione del fango
attivo e batteri fiocco-formatori. Legge di Stokes, curva di sedimentazione. Velocità di
sedimentazione, volume di fango e indice del volume di fango.
(14) Problematiche nella sedimentazione dei fanghi attivi: crescita dispersa, pinpoint, bulking
viscoso, rising, bulking filamentoso, foaming filamentoso.
(15) Trattamenti primari: grigliatura, filtrazione, desabbiatura. Flottazione: meccanismo, flottatori
IAF e DAF; rendimento e schema impianto.
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(16) Trattamenti secondari: impianto abbattimento carbonio, vasca di ossidazione a fanghi attivi,
carico del fango, sistemi di aerazione. Impianto per l’abbattimento dell’azoto, nitrificazione e
denitrificazione.
(17) Sedimentatori : caratteristiche costruttive e principi di funzionamento. Digestione anaerobica
ed aerobica dei fanghi; condizionamento dei fanghi; colloidi e flocculazione. Disidratazione
meccanica dei fanghi: centrifuga, nastro pressa e filtropressa.
(18) Disinfezione della acque depurate: cloro e composti al cloro attivo, clorazione al punto di
rottura, relazione di Collins; ozono, adsorbimento su carbone attivo.
4) Inquinamento dell’aria
(19) Inquinamento dell’aria diffuso e localizzato, dispersione degli inquinanti ed effetto del vento;
qualità dell’aria. Inquinanti dalla combustione, inquinanti da traffico veicolare, la marmitta catalitica
trivalente. Effetti dannosi del monossido di carbonio, ossidi di azoto e smog fotochimico.
(20) Polveri sottili: PM10, PM 2,5 , PM0,1. Modalità di inalazione, tossicologia e epidemiologia.
Inceneritori come fonti di polveri sottili e diossine. Le PCDD e Seveso.
(21) Piogge acide ed ossidi zolfo; il buco dell’ozono e i CFC. Il riscaldamento del globo, l’effetto
serra. Il piano B di Lester Brown, il protocollo di Kyoto e la conferenza di Copenhagen.
5) Produzione di energia
(22) Il carbone come combustibile fossile: consumi mondiali per la produzione di e.e., riserve di
carbone nel mondo ed in Italia; centrali a carbone in Italia. I problemi irrisolti del carbone,
emissione di inquinanti; il confinamento geologico della CO2 (CCS). Esempi di centrali a carbone
italiane.
(23) Centrali turbogas a metano: schema di una centrale termoelttrica tradizionale; schema di un
centrale turbogas. Vantaggi della turbogas. Principali impianti della turbogas: turbina a gas,
turbina a vapore, generatore di vapore, condensatore. La combustione del metano: pirolisi e
ossidazione, fiamma riducente, particolato, formazione di ossidi di azoto.
(24) Energia nucleare: fissione nucleare, fattore di moltiplicazione effettivo K, velocità dei neutroni.
Struttura e funzionamento di un reattore nucleare, il nocciolo e i sistemi di sicurezza. Reattori ad
acqua leggera LWR ed acqua pesante HWR; reattori ad acqua pressurizzata PWR ed acqua
bollente BWR.
(25) Reattori nucleari veloci, reattori nucleari raffreddati con leghe metalliche e ad elio. Scorie
nucleari, classificazione, tempi di decadimento e composizione. Depositi di scorie nucleari; incidenti
nucleari, Chernobyl.
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(26) Energia idroelettrica: centrali a bacino e centrali ad acqua fluente; turbine idrauliche, turbina
Pelton, turbina Francis, turbina Kaplan; vantaggi centrali idroelettriche, impatto ambientale pro e
contro, deflusso minimo vitale; impianti mini-hydro, sistemi ibridi.
(27) Energia dalle biomasse: definizione di biomassa, fonti e tipologie di biomassa. Processi di
conversione energetica, combustione e metodi biochimici. Combustione diretta, co-combustione,
pirolisi, gassificazione. Metodi biochimici: fermentazione alcolica (bioetanolo), esterificazione di oli
vegetali (biodisel), digestione aerobica ed anaerobica. Condizioni per la digestione anaerobica e
substrati utilizzabili; digestione ad umido, digestione a secco, processo monostadio e bistadio;
ceppi batterici psicrofili, mesofili e termofili; uso della frazione umida da raccolta differenziata,
impianto a biogas di Lana.
(28) Energia fotovoltaica: energia solare, insolazione ed irraggiamento. Tecnologia fotovoltaica,
effetto fotoelettrico ed effetto fotovoltaico. Legame metallico, bande energetiche, conducibilità
elettrica, zona proibita. Lacuna, semiconduttori, il caso del silicio.
(29) Il drogaggio dei semiconduttori con fosforo e boro, giunzione p-n e campo elettrico di built-in;
effetto fotovoltaico, fotoni a contenuto energetico utile. Celle fotovoltaiche al silicio monocristallino,
silicio policristallino e silicio amorfo. Impianti isolati ed impianti connessi alla rete, l’inverter; la
produzione mondiale di energia fotovoltaica.
(30) Energia eolica: i venti e la loro velocità, strato limite ambientale; turbina eolica, potenza
estraibile dal vento, distribuzione di Weibull e legge di Betz. Curva di potenza di una turbina eolica,
dimensione del rotore; rotore di tipo orizzontale, verticale ed ibrido. Caratteristiche costruttive,
sistema frenante e navicella.
(31) Politica europea per le energie alternative; l’energia eolica nel mondo, nella UE ed in Italia;
parchi eolici, problemi tecnici ed ambientali. Centrali eoliche off-shore, l’esempio danese; il
progetto italiano per l’off-shore: Petacciato (Molise). L’innovazione nell’eolico: il progetto Kitigen.
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6) Inquinamento del suolo e rifiuti solidi urbani
(32) Composizione del suolo, frazione minerale, capacità di scambio cationico. Meccanismi auto
depurativi del suolo, inquinamento da metalli pesanti; cause naturali e cause antropiche.
Inquinamento dei suoli agrari, citotossicità, zoo tossicità, bioaccumulo. Fitofarmaci, fertilizzanti,
prodotti di recupero.
(33) Produzione mondiale di rifiuti, la strategia UE sui rifiuti e la politica delle 3 R. Incenerimento,
CDR; l’anomalia del CDR-Q e la posizione della UE.
(34) Il quadro di riferimento nazionale per la gestione dei rifiuti, dati quantitativi sulla produzione
dei rifiuti e sulla raccolta differenziata; gestione dei rifiuti speciali, consorzi di filiera, CONAI,
l’industria del riciclo.
(35) Rifiuti urbani, rifiuti speciali, rifiuti pericolosi, rifiuti non pericolosi. Codici CER, codici H.
Vedelago, impianto di trattamento rifiuti.
(36) La strategia rifiuti zero: da un sistema lineare ad un sistema ciclico; Paul Connett e Martin
Bourke; 3 livelli di responsabilità, esempi di responsabilità industriale. I dieci passi per arrivare a
rifiuti zero: separazione alla fonte, raccolta porta a porta, centro di compostaggio, piattaforme per
il riciclaggio, iniziative per la riduzione dei rifiuti, riuso/riparazione e smontaggio, incentivi
economici, centro di ricerca, migliore design industriale, discarica temporanea.
TESTI CONSIGLIATI
1) Renato Vismara, Ecologia Applicata, II edizione, 2009, Biblioteca Scientifica Hoepli (Milano)
2) Renato Vismara, Depurazione delle acque, teoria e processi, III edizione, 2009, Biblioteca
Scientifica Hoepli (Milano)
3) S.E.Manahan, Chimica dell'Ambiente, traduzione di Lelio Zoccolillo, Piccin Editore.
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