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    Umberto ARENA

    Insegnamento di IMPIANTI DI TRATTAMENTO DEI RIFIUTI SOLIDI

    Corso di laurea magistrale in SCIENZE E TECNOLOGIE PER L'AMBIENTE E IL TERRITORIO

    SSD: ING-IND/25

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Sistemi di gestione integrata dei rifiuti urbani e speciali, con accenni a criteri di pianificazione.
    Le 4R della gerarchia dei sistemi di gestione rifiuti – riduzione, riuso, riciclo e recupero – e l’approccio del Life Cycle Thinking.
    Vantaggi e limiti dei sistemi di prevenzione e di riuso. Riciclo per il recupero di materia: definizioni, applicazioni a diverse frazioni merceologiche, possibili criteri per misurare l’efficienza del riciclo, casi studi con analisi di ciclo di vita.
    Trattamenti biologici e termici per la produzione di energia e risorse da rifiuti: definizioni, principali processi e tipologie impiantistiche.
    Sistemi di controllo delle emissioni gassose inquinanti, dai principi di funzionamento ai criteri di dimensionamento.
    Note sui trattamenti di stabilizzazione di rifiuti speciali.

    Testi di riferimento

    T.H. Christensen (ed.) (2011) Solid Waste Technology and Management, Wiley
    W.R. Niessen (2010) Combustion and Incineration Processes: Applications in Environmental Engineering, 4th ed. CRC Press.

    Materiale di supporto disponibile a: https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/UMBERTO_ARENA_057684/SitePages/Home%20Page.aspx

    Obiettivi formativi

    L’insegnamento si prefigge di fornire un quadro approfondito di diversi sistemi di gestione dei rifiuti, analizzandoli con un approccio olistico, nell’ottica delineata dalla Direttiva 2008/98/CE e dall’ Action Plan dell’Unione Europea per l’attivazione di un’economia circolare.
    Alla fine del corso lo studente saprà approfondire aspetti di processo ed impiantistici delle diverse opzioni di trattamento di rifiuti urbani ed industriali, analizzandoli in termini anche quantitativi con l’implementazione di bilanci di materia e di energia specifici, e con cenni ad analisi di ciclo di vita delle diverse opzioni di gestione.

    Prerequisiti

    Conoscenze e abilità fornite dal corso di Impianti di Trattamento degli Effluenti Inquinanti.

    Metodologie didattiche

    Il corso è prevalentemente organizzato con lezioni frontali, supportate dalla distribuzione preliminare del file pdf delle slide che verranno usate a lezione, con riferimenti precisi ai principali libri di testo. Alcune lezioni potranno essere incentrate su esercitazioni numeriche, mirate alla determinazione di parametri operativi o di misura delle prestazioni di impianti di trattamento di rifiuti solidi.

    Metodi di valutazione

    Prova orale. La prova mira a valutare le competenze dello studente, la sua capacità di analisi critica di specifici scenari di gestione rifiuti e di collegamento di aspetti di processo e impiantistici.

    Altre informazioni

    È disponibile materiale di supporto on-line, comprese diapositive e dispense delle lezioni.
    Programmi di tutorato posso essere attivati.
    A fine corso si possono organizzare incontri specifici su aspetti per i quali gli studenti potrebbero richiedere ulteriori delucidazioni. E' prassi generale la visita a un impianto di trattamento di rifiuti solidi.

    Programma del corso

    1. Definizione e composizione di rifiuto solido. Definizioni di rifiuti urbani (RU) e speciali (RS), delle diverse fasi della loro gestione (separazione alla fonte, raccolta differenziata, selezione, trattamento, smaltimento definitivo), e dell’impiantistica fondamentale, conformemente alla Direttiva Europea. Caratteristiche merceologiche e chimico-fisiche delle principali frazioni di rifiuti urbani, di alcuni rifiuti speciali. Produzione comunitaria, nazionale e regionale di rifiuti urbani e speciali. Tipi e qualità dei dati necessari ad una gestione corretta dei rifiuti.
    2. Sistemi integrati per la gestione dei rifiuti solidi. Produzione sostenibile e gestione integrata dei rifiuti. Le politiche di riduzione della produzione e pericolosità dei rifiuti, le modalità di raccolta, il recupero di materia e di energia. Obbiettivi di un sistema di gestione dei rifiuti e criteri per l’analisi delle alternative. Confronto tra diversi scenari di gestione con strumenti per un approccio integrato e quantitativo alla pianificazione: la Substance Flow Analysis e il Life Cycle Assessment.
    3. Raccolta differenziata e filiere di riciclo. Sistemi di raccolta differenziata: tipi di raccolta differenziata e loro effetti sulla qualità del riciclato; implementazione di sistemi innovativi di raccolta differenziata. Riciclo ideale e riciclo reale: fenomeni di dissipazione, contaminazione e degradazione del materiale riciclato. Diversi modi di misurare l’efficienza del riciclo. Filiere del riciclo (tecnologie di separazione, selezione e rilavorazione) di rifiuti di imballaggi in plastica, materiali cellulosici, legno, vetro, acciaio, alluminio, RAEE. Riuso e riciclo di rifiuti speciali: il concetto di riutilizzo industriale.
    4. Impianti di trattamento meccanico e biologico. Impianti di bioessiccazione e di trattamento meccanico-biologico dei rifiuti residuali. Cenni sui trattamenti biologici di digestione aerobica. Ii trattamenti biologici di digestione anaerobica (cenni su impianti in continuo monostadio, in continuo multistadio e batch) finalizzati alla produzione di energia o biometano.
    5. Impianti di trattamento termico. Processi di termovalorizzazione: definizione e confronto tra combustione, gassificazione e pirolisi; aspetti termodinamici e cinetici fondamentali; cenni sulla modellistica dei processi di combustione e gassificazione. Impianti di termovalorizzazione per combustione diretta: bilanci di materia ed energia e prestazioni ambientali; principali tipologie di combustori per rifiuti urbani e speciali (forni rotanti, a griglia mobile e a letto fluido); sistemi di recupero di energia elettrica e termica; sistemi di controllo dell’inquinamento atmosferico e riutilizzo o smaltimento delle ceneri. Impianti di termovalorizzazione per gassificazione dei rifiuti: bilanci di materia ed energia e prestazioni ambientali; principali tipologie di gassificatori per rifiuti urbani e speciali (a letto fisso, a letto fluido, a griglia mobile, a forno rotante, al plasma); problematiche di pulizia del syngas.
    6. Impiantistica di trattamento dei rifiuti speciali. Obbiettivi della pianificazione in tema di rifiuti speciali; scopo del trattamento dei rifiuti speciali e tipologia degli impianti.
    Attività di campo: Visita tecnica presso un impianto di trattamento di rifiuti solidi.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Integrated waste management systems for municipal and industrial solid wastes, with notes about waste management planning criteria.
    The 4 R’s of Waste Hierarchy – reduction, re-use, recycling and recovery –and the Life Cycle Thinking approach.
    Advantages and barriers for reduction and re-use systems. Recycling chains for different source separated streams of dry waste: definitions and process descriptions, possible parameters of recycling efficiency, and some Life Cycle Assessment case studies.
    Thermal and biological waste-to-energy and waste-to-fuels treatments: definitions, main processes and technological systems.
    Air Pollution Control units: operating principles and design criteria.
    Notes about stabilization systems for industrial wastes.

    Textbook and course materials

    T.H. Christensen (ed.) (2011) Solid Waste Technology and Management, Wiley
    W.R. Niessen (2010) Combustion and Incineration Processes: Applications in Environmental Engineering, 4th ed. CRC Press.
    Didactic material available at: https://uninadue.sharepoint.com/sites/docenti/UMBERTO_ARENA_057684/SitePages/Home%20Page.aspx

    Course objectives

    The course aims to provide an exhaustive and general framework of the main options for solid waste management, by using a holistic approach, in agreement with the indications of EU waste Directive 2008/98/CE and those of the recent Action Plan for the Circular Economy.
    At the end of the course the student will be able to investigate and quantify process and technological aspects of waste treatments for material and energy recovery, related to both municipal and industrial wastes. He should understand life cycle assessment studies focused on the different options of waste management.

    Prerequisites

    Knowledge and skills provided by the course of Industrial Pollution Control Engineering.

    Teaching methods

    The course is mainly organized in front desk lectures, supported by the preliminary distribution of pdf files containing most of the slides that will be utilized, and references to the main textbooks. In a few, numerical exercises will be implemented with the full involvement of the audience, in order to evaluate operating parameters of the main processes studied.

    Evaluation methods

    Oral exam. The test aims at assess the acquired competences of the student, his ability in critical analysis of specific waste management scenarios and connection between process and technological aspects.

    Other information

    Support material is available on-line.
    Tutorial programs can be activated.
    At the end of the course, it is usual to organize a few meetings to discuss together specific aspects for which the students require further clarifications.
    It is also usual to organize a visit to a solid waste management plant.

    Course Syllabus

    1. Waste definition and composition. Solid waste definition (municipal and industrial solid waste). Definition of different stages of an integrated municipal solid waste management (source separation, separate collection, sorting, biological and thermal treatments, final disposal), accordingly with EU waste directive. Composition and crucial features of the main municipal and solid waste streams. Solid waste generation at regional, national and European level. Types and quality of data necessary for an appropriate waste management planning.
    2. Sustainable and integrated solid waste management concepts. Waste minimization, in quantity and level of hazard. Different type of waste collection. Material and energy recovery from waste. Final goals of a waste management system and criteria for a comparative assessment of alternative options. A holistic and quantitative approach to the waste management planning: Substance Flow Analysis and Life Cycle Assessment.
    3. Separate collection and recycling chain. Types of separate collection and the effects on the quality of recycled materials; implementation of innovative systems of separate collection. Ideal recycling and real recycling: phenomena of dissipation, contamination and degradation. Different way for recycling efficiency measurement. Recycling chains: technologies of sorting and remanufacturing of packaging made of plastics, paper, wood, glass, iron, aluminium, WEEE. Reuse and recycling of special (industrial) wastes: industrial symbiosis.
    4. Mechanical and biological treatments. Biodrying, aerobic and anaerobic digestion. Aerobic technologies for the organic fraction of municipal solid waste (batch and continuous units). Anaerobic technologies for different types of biowastes: biowaste-to-energy and biowaste-to-biomethane.
    5. Thermochemical treatments. Definition and comparison between combustion, gasification and pyrolysis: thermodynamics and kinetic aspects; notes on modelling of these processes. Combustion-based waste-to-energy units: material and energy balances; environmental performances; main technologies (moving grate furnaces, fluidized beds, rotary kilns); heat recovery and steam generators; air pollution control systems; ash disposal systems. Gasification-based waste-to-energy and waste-to-fuel units: material and energy balances; environmental performances: syngas cleaning techniques; main technologies (vertical shafts, fluidized beds, moving grates, plasma reactors); different types of syngas utilization.
    6. Industrial waste management. The main goals of special waste planning, main treatment processes and technologies.

    Field activity: A technical visit to a waste management facility.

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