Il corso è focalizzato sulla modellistica e sul controllo di processi a biomassa sospesa e a biofilm per il trattamento di matrici contaminate e sulle tecniche di monitoraggio e controllo delle comunità microbiche.
La modellistica verrà affrontata fornendo conoscenze di base su stechiometria e termodinamica, cinetiche dei processi e sulla struttura concettuale dei modelli, poi applicate nel corso di un’esercitazione guidata sulla simulazione di una filiera di trattamento di acque reflue.
Per approfondire:
1) Biological Wastewater Treatment: Principles, Modelling and Design By M. Henze M. C. M. van Loosdrecht G.A. Ekama D. Brdjanovic IWA Publishing, 2008.
2) Activated Sludge Models ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3 By M. Henze W. Gujer T. Mino M. van Loosdrecht IWA Publishing, 2006.
3) Anaerobic digestion model n. 1, IWA task group for mathematical modeling of anaerobic processes, IWA publishing, 2008.
Obiettivi Formativi
Comprensione della funzione ecologica dei microrganismi negli ecosistemi naturali e delle reazioni metaboliche di interesse per l’ingegneria ambientale.
Conoscenza dei modelli matematici di base utili alla simulazione dei processi di trattamento di matrici contaminate tramite consorzi di microrganismi.
Capacità di applicare le conoscenze acquisite nel controllo e nel disegno di filiere di trattamento delle acque reflue tramite l’uso di software mirati alla simulazione di processi biologici.
Capacità di apprendere i meccanismi di selezione naturale nelle comunità microbiche e utilizzarli come mezzo per lo sviluppo di biotecnologie ambientali.
Prerequisiti
Conoscenza dei processi chimici, fisici e biologici alla base dei sistemi di trattamento dei rifiuti e delle acque reflue
Metodi Didattici
Lezioni frontali, esercitazioni guidate di modellistica.
Altre Informazioni
Modalità di verifica apprendimento
Durante il corso vengono svolte esercitazioni guidate sulla modellistica applicata al trattamento di acque reflue utilizzando un software fornito dal docente. Durante il corso verranno fornite agli studenti le informazioni utili a sviluppare la simulazione dei processi di un caso studio di una filiera di trattamento di acque reflue e i cui risultati dovranno essere presentati al docente, in forma di elaborato scritto, prima di accedere all’esame orale.
L’esame finale consiste nella presentazione dell’elaborato e in un colloquio orale sui temi del corso e il voto finale dipende dalla qualità di entrambi.
Si ricorda che occorre sempre iscriversi alla lista d'esame "Modellistica e controllo di ecosistemi microbici” per poter accedere alla verbalizzazione elettronica.
L'esame mira a verificare, attraverso la preparazione dell’elaborato, domande teoriche e discussioni critiche col docente (all'orale):
- la comprensione della funzione ecologica dei microrganismi negli ecosistemi naturali e delle reazioni metaboliche di interesse per l’ingegneria ambientale.
- la conoscenza dei modelli matematici di base utili alla simulazione dei processi di trattamento di matrici contaminate tramite consorzi di microrganismi.
- la capacità di applicare le conoscenze acquisite nel controllo e nel disegno di filiere di trattamento delle acque reflue tramite l’uso di software mirati alla simulazione di processi biologici.
- la capacità di apprendere i meccanismi di selezione naturale nelle comunità microbiche e utilizzarli come mezzo per lo sviluppo di biotecnologie ambientali.
Programma del corso
Introduzione
Ecosistemi naturali e ingegnerizzati
Cicli biogeochimici (C, N, P, S, metalli)
Classificazione degli organismi, funzioni ecologiche e diversità nelle comunità microbiche
Microrganismi di interesse nelle biotecnologie ambientali
Tecniche molecolari per lo studio delle comunità microbiche
Stechiometria ecologica
Termodinamica dei processi biologici
Bioenergetica e stechiometria
Modellistica e controllo di processi a biomassa sospesa
Reattoristica, processi sequenziali e in continuo
Struttura dei modelli di base (ASM)
Matrici stechiometriche
Ratei di crescita, decadimento e idrolisi
Ritenzione della biomassa e controllo dei parametri di processo
Esercizi sulla simulazione e il controllo dei processi unitari a biomassa sospesa
Il monitoraggio e il controllo del processo di nitrificazione
Biofilm
Sviluppo, struttura, funzione e caratteristiche dei biofilm
Prodotti di stoccaggio e polimeri extracellulari
I biofilm nel trattamento delle acque reflue
Processi a biomassa adesa
Processi a biomassa granulare
Monitoraggio e controllo dei processi a biomassa adesa
Modellistica e controllo di filiere di trattamento delle acque reflue
Simulazione di una filiera di trattamento di acque reflue
Esercitazione guidata sulla modellistica applicata al disegno di una filiera di trattamento
Esercitazione guidata sulla simulazione applicata al controllo di processo