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PORTALE DELLA DIDATTICA

Environmental and contaminant dynamics

05ANFNF

A.A. 2018/19

Course Language

Italian

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 50
Esercitazioni in aula 30
Tutoraggio 30
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Tiraferri Alberto Professore Associato ICAR/03 50 30 0 0 8
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ICAR/03 8 B - Caratterizzanti Ingegneria per l'ambiente e il territorio
2018/19
Nell'ambito degli insegnamenti relativi alla tutela dell'ambiente, il corso di Dinamica degli Inquinanti si propone di valutare l'insieme dei fenomeni che determinano il destino di inquinanti immessi in differenti comparti ambientali, per riuscire a prevedere le loro concentrazioni a valle dell’immissione e, di coseguenza, la qualità dei diversi comparti ambientali.
The course “Environmental Fate and Transport of Contaminants” presents and discusses the complex phenomena that determine the final fate of pollutants after their emission in different environmental matrices; the aim is to establish a quantitative correlation between source factors and consequent modification of the quality of the receptor systems.
- Comprensione della natura dei meccanismi fisici, fisico-chimici, e chimici che determinano il destino di un inquinante dopo che questo sia stato emesso da una sorgente, e lungo il suo cammino di movimento in alcune matrici ambientali. - Comprensione del fondamento fisico dei modelli numerici che vengono con grande frequenza impiegati nella valutazione del trasporto e trasformazione degli inquinanti, e utilizzazione dei modelli di calcolo numerico con consapevolezza del loro significato fisico. - Capacità di valutare i fenomeni che determinano il destino di un contaminante nell'ambiente, e di applicare strumenti descrittivi concettuali e numerici per quantificare il suo trasporto e le sue concentrazioni.
- Understanding of the physical, physico-chemical, chemical, and biological mechanisms that govern the transport and transformations of a pollutant in the environment, thus determining its lifetime, pathway from source to receptor, and finale fate. - Comprehension of the physical significance of the numerical models that very often are employed to evaluate the transport and transformation of pollutants, as well as the application of such models with a full understanding of their physical meaning. - Ability to evaluate the phenomena that influence contaminant behavior in the environment, and to apply conceptual and numerical tools to quantitatively describe contaminant fate.
Per una reale comprensione e un’applicazione produttiva dei fenomeni e dei modelli relativi al trasporto e trasformazione degli inquinanti, occorre che lo studente possegga informazioni relative a: - fondamenti di chimica organica ed inorganica - cinetica chimica - valutazione di fenomeni di trasporto e di trasporto interfase - concetto di bilanci e di modellizzazione di comparti ambientali Occorre poi che la descrizione numerica dei fenomeni si basi su una conoscenza dei fondamenti del calcolo numerico e dell'analisi matematica.
For the robust comprehension of the phenomena and the models that are presented during the course, the students should have knowledge of: - fundamental aspects of organic and inorganic chemistry; - chemical kinetics and biological kinetics; - phenomena of mass transfer and inter-phase transport; - mass and energy balance. - fundamentals of numerical calculation and mathematical analysis
Introduzione: generazione di inquinanti, fattori di emissione, esempi di contaminazione e di distribuzione degli inquinanti. Flusso e cinetiche di reazione in reattori ideali e non ideali. Approssimazione di matrici ambientali con reattori ideali e non ideali. Elementi di meccanica dell'atmosfera alla scala locale, dinamica dello strato limite terrestre, forma dei pennacchi. Diffusione e trasporto di inquinanti in atmosfera, modellistica della rappresentazione a differenti scale spaziali e temporali. Acidità atmosferica, formazione di aerosol, fenomeni di ricaduta secca ed umida. Fenomeni chimici di trasformazione in troposfera e in stratosfera. Immissione di gas climalteranti, modelli predittivi su scale temporali estese. Dinamica degli inquinanti immessi in corpi idrici superficiali: fenomeni fisici, idraulici, chimici e biologici, ossigeno disciolto e modellizzazione di Streeter-Phelps in fiume Richiami sul movimento di inquinanti nel suolo e nelle acque sotterranee, valutazione di fenomeni di degradazione biologica mediata da microrganismi, comportamento e destino di nano e microparticelle in mezzi porosi saturi.
Introduction: generation of pollutants, emission factors, contaminant and pollutant distribution. Flow and reaction kinetics in ideal and in non-ideal reactors. Approximation of environmental domains using ideal and non-ideal reactors. Elements of atmosphere dynamics at the local scale, dynamics of the Earth's boundary layer, shape and behavior of emission plumes; transport of pollutants in the atmosphere, modeling of the spatial and temporal variations of concentrations; atmospheric acidity, aerosol formation, dry and wet deposition phenomena; chemical transformation phenomena in the troposphere and in the stratosphere; emission of greenhouse gases, predictive models of extended time scales. Dynamics of pollutants in surface water bodies: dissolved oxygen and Streeter-Phelps modeling in the river. Excerpts on the movement of pollutants in soil and groundwater; phenomena of biological degradation of contaminants occurring in the aquifers; fate and transport of nano- and micro-particles in saturated porous media.
Durante lo svolgimento del corso, le lezioni di tipo teorico saranno accompagnate da esercitazioni di tipo applicativo e numerico. Durante tali esercitazioni, saranno presentati e risolti esempi numerici di applicazione dei modelli di calcolo in precedenza sviluppati da un punto di vista teorico da parte del docente: queste esercitazioni comprendono problemi da risolvere utilizzando il software Matlab, o utilizzando software commerciale di implementazione numerica di fenomeni di trasporto (es. Visual Modflow). Le esercitazioni si svolgeranno in gruppi di due studenti.
Theoretical lessons will be accompanied by applicative and numerical exercises. Exercises will include numerical examples of calculation models previously presented by the instructor to be solved using Matlab software, or using commercial numerical software (e.g., Visual Modflow). The exercises will be solved by groups of two students for each group.
Il docente svolgerà le lezioni alla lavagna e mostrando alcune slide: i contenuti discussi in aula saranno oggetto di esame. Non sono previste dispense o altro materiale didattico. N.B.: per la comprensione del materiale del corso è molto utile la presenza a lezione e/o lo studio su appunti delle lezioni; le slide mostrate a lezione e condivise sul portale non saranno sufficienti per lo studio ma serviranno soltanto da supporto per le lezioni. Le nozioni e le metodologie di calcolo oggetto del corso, così come loro esempi applicativi, sono anche discusse in molti testi che possono essere utilizzati come supporto e complemento alle lezioni. Tra questi testi: - Chemical fate and transport in the environment, 2nd Edition, by Hemond H.F. and Fechner-Levy E.J., Academic Press - Environmental modeling (Fate and transport of pollutants in water, air, and soil), 1996, by Schnoor J.L., Wiley Trasporto e trasformazione in reattori: - Water quality engineering: physical/chemical treatment processes, (2013), by Benjamin M.:, Lawler, D., Wiley - Chemical reaction engineering, 3rd Edition (1999), Levenspiel O., Wiley Trasporto in atmosfera: - Atmospheric chemistry and physics, 2nd Edition (2006), by Seinfeld J.H. and Pandis S.N., Wiley - Applied contaminant transport modeling, 2nd Edition (2002), by Zheng C. and Bennett G.D., Wiley Trasporto nel sottosuolo: - Modeling groundwater flow and contaminant transport, (2010), by Bear J. and Cheng A.H.-D., Springer - Contaminant geochemistry: interactions and transport in the subsurface environment, 2nd Edition (2014), by Berkowitz B., Dror I. and Yaron B., Springer
The instructor will teach mostly using the blackboard and will show some exemplifying slides. For a full comprehension of the course content, lecture attendance is very useful and/or the study of the course material with the help of lecture notes. No lecture notes or other materials will be provided by the instructor. The slides shown in class and shared on the portal will not be sufficient to study for the exam; they will only serve as support for the lessons. All notions and methodologies, as well as some of their application examples, are also discussed in many texts that (not mandatory) can be used as support and to complement to lessons. Among these texts: - Chemical fate and transport in the environment, 2nd Edition, by Hemond H.F. and Fechner-Levy E.J., Academic Press - Environmental modeling (Fate and transport of pollutants in water, air, and soil), 1996, by Schnoor J.L., Wiley Reactors: - Water quality engineering: physical/chemical treatment processes, (2013), by Benjamin M.:, Lawler, D., Wiley - Chemical reaction engineering, 3rd Edition (1999), Levenspiel O., Wiley Atmosphere dynamics: - Atmospheric chemistry and physics, 2nd Edition (2006), by Seinfeld J.H. and Pandis S.N., Wiley - Applied contaminant transport modeling, 2nd Edition (2002), by Zheng C. and Bennett G.D., Wiley Subsoil transport: - Modeling groundwater flow and contaminant transport, (2010), by Bear J. and Cheng A.H.-D., Springer - Contaminant geochemistry: interactions and transport in the subsurface environment, 2nd Edition (2014), by Berkowitz B., Dror I. and Yaron B., Springer
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Exam: Written test; Group essay;
La verifica finale è condotta mediante una prova d'esame scritto della durata di 90 minuti, che si pone l’obiettivo di verificare le competenze relative a tutti gli argomenti delle lezioni e delle eserctazioni (vedi Risultati dell’apprendimento attesi). L'esame comprende sia semplici esercizi di calcolo che richiedono la necessità di scegliere ed applicare lo strumento matematico più adeguato per la sua risoluzione, sia quesiti di tipo teorico, che richiedono la capacità, da parte dello studente, di elaborare e utilizzare i risultati teorici visti a lezione. L’esame verte anche sulle esercitazioni, che sono utilizzate come base per una valutazione della comprensione dello studente dei fondamenti teorici alla base della loro risoluzione. L'esame consiste in una prova scritta di 5 domande a risposta aperta, ognuna con valore di 6/30 per un totale di 30/30. Ciascuna delle 5 domande è divisa in diversi quesiti di tipo teorico o comprendenti la risoluzione di calcoli applicativi. Nel computo finale si terrà conto di ulteriori 2 punti, derivanti dalla valutazione dell’elaborato scritto prodotto in gruppi di due studenti e che riassume i risultati delle esercitazioni svolte durante il semestre e la loro discussione. Per essere ammessi all'esame, ciascuno studente dovrà caricare questo elaborato sul portale della didattica entro il giorno dell’esame, in un unico file pdf e con nome del file "annoaccademico_cognome_matricola.pdf". La valutazione finale è così espressa in trentesimi. L’esame è superato se la votazione riportata combinando l’esame scritto e l’elaborato relativo alle esercitazione è di almeno 18/30. Se la valutazione supera i 30/30, si otterrà la lode. Durante lo svolgimento dell'esame non è consentito tenere e consultare quaderni, libri, fogli con esercizi, formulari, calcolatrici o altri strumenti elettronici. Non sarà possibile la consultazione di materiale didattico. Potranno essere utilizzati soltanto penna e righello. L’esito della prova sarà comunicato agli studenti tramite un avviso sul portale della didattica, tipicamente entro due/tre giorni dallo svolgimento della prova scritta. Gli studenti potranno visionare il compito e la relativa valutazione durante un incontro generale la cui data verrà fissata di volta in volta. La data dell’incontro sarà comunicata agli studenti tramite avviso sul portale della didattica in concomitanza con la pubblicazione dei risultati della prova scritta.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Group essay;
The final exam consists of a 90-minute written test, which aims to verify the competences related to all the topics covered during class and exercise sessions throughout the semester (see Expected Learning Outcomes above). The exam includes both simple calculation exercises that involve choosing and applying the most appropriate mathematical tools for their resolution, as well as theoretical questions, which test the student's ability to process and use the theoretical notions seen in class. The exam also covers the exercise sessions, which are an important starting point for an assessment of the student's understanding of the theoretical foundations underlying their resolution. More specifically, the written test comprises 5 open questions, each worth 6 points out of 30 for a total of 30/30. Each of the 5 questions is divided into several sub-questions of both a theoretical nature and including the resolution of quantitative problems with simple calculations. The final grade will take into account 2 additional pints, deriving from the evaluation of the written report produced in groups of two students and summarizing the results of the exercises carried out during the semester and their discussion. To be admitted to the exam, each student must upload this document on the teaching portal by the day of the exam, in a single pdf file named as "academicyear_lastname_studentnumber.pdf". The final evaluation is expressed as /30. The exam is successfully passed if the grade computed combining the written exam and the report related to the exercises is at least 18/30. If this grade exceeds 30/30, the student will obtain honors (lode). The use of electronic tools (calculators, phones, etc…), books, notes, or any other studying materials will NOT be allowed during the exam. The only devices allowed during the exam are a pen and a ruler. The outcome of the exam will be communicated to the students through a notice on the teaching portal, typically within two / three days of the written test. Students can view their corrected test and its assessment during a general meeting whose date will be fixed from time to time. The date of the meeting will be communicated to the students through a notice on the teaching portal in conjunction with the publication of the results of the written test.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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