Le emissioni antropiche, civili e industriali, contengono sostanze inquinanti che possono alterare gli equilibri delle matrici ambientali che le ricevono, e possono rappresentare un rischio per la salute dell’uomo e degli ecosistemi. Le sostanze inquinanti emesse in ambiente sono sottoposte a meccanismi di trasporto e di trasformazione che ne influenzano la distribuzione. Coerentemente con le finalità e gli obiettivi formativi del Corso di Laurea e nell’ambito della tutela ambientale, questo insegnamento si propone di descrivere l'insieme dei fenomeni che determinano il destino di inquinanti immessi in differenti comparti ambientali, per riuscire a prevedere le loro concentrazioni e, di coseguenza, la qualità dei comparti ambientali stessi. Particolare attenzione è prestata alla comprensione del fondamento fisico dei modelli ingegneristici che vengono con grande frequenza impiegati nella valutazione del trasporto e trasformazione degli inquinanti, in maniera da potere utilizzare modelli di previsione con consapevolezza. Accanto agli approfondimenti teorici, si dedica spazio all’applicazione di tali modelli mediante esercitazioni che consentano di concretizzare i concetti appresi in esempi pratici, simili a quelli che verranno affrontati nel contesto della futura vita professionale.

Al termine dell’insegnamento si chiederà alle studentesse e agli studenti di: - Conoscere e comprendere la 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 movimento in alcune matrici ambientali - Conoscere e comprendere i fondamenti, le potenzialità, e le limitazioni dei principali modelli ingegneristici per la previsione del destino di inquinanti - Analizzare e interpretare i risultati dei modelli ingegneristici per la corretta valutazione della loro appropriatezza e correlando i risultati della modellazione con i fenonemi ambientali pertinenti Inoltre, con l’obiettivo di favorire l’autonomia, la solidità scientifica, e la creatività necessarie nella futura vita professionale, le studentesse e gli studenti saranno in grado di: - Valutare ed applicare gli strumenti concettuali e numerici per quantificare il trasporto e le concentrazioni di sostanze inquinanti immesse in alcune matrici ambientali, trovando un equilibrio tra complessità della descrizione e semplicità di manipolazione (tra informazione e significato) - Applicare le conoscenze acquisite per selezionare, comparare, declinare, e verificare i modelli ingegneristici di previsione della distribuzione di inquinanti. - Applicare le conoscenze acquisite per risolvere esercizi pratici relativi al comportamento di inquinanti immessi in alcune matrici ambientali.

Per la corretta fruizione dell’insegnamento, sono necessarie conoscenze ed abilità relative a: - fondamenti base di chimica organica ed inorganica - cinetica chimica - fenomeni di trasporto di massa in fase fluida - fenomeni di trasporto interfase e di partizione tra fasi - bilanci di massa e modellizzazione di comparti ambientali - calcolo numerico e analisi matematica.

L’insegnamento è diviso in 4 moduli: - Modulo 1 (circa 10 h + 2 esercitazioni): Flusso in reattori ideali e non ideali, utilizzati per la modellazione di matrici ambientali. Cinetiche di reazione e trasformazione di sostanze in reattori ideali e non ideali. Utilizzo di reattori ideali per la modellazione di reattori non ideali e di matrici ambientali. Approssimazione di matrici ambientali con reattori ideali e non ideali. - Modulo 2 (circa 25 h + 5 esercitazioni): 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. - Modulo 3 (circa 8 h): Richiami sul movimento di inquinanti in mezzi porosi saturi (suolo saturo e acque sotterranee). Comportamento e destino di nano e microparticelle in soluzioni acquose e in mezzi porosi saturi. Fenomeni di aggregazione e di deposizione su mezzi porosi e teoria DLVO. - Modulo 4 (circa 8 h + 1 esercitazione): Dinamica degli inquinanti immessi in corpi idrici superficiali: fenomeni fisici, idraulici, chimici e biologici. Ossigeno disciolto e modellizzazione di Streeter-Phelps in fiume. Dinamiche di miscelazione in laghi e eutrofizzazione.

Il docente svolgerà le lezioni teoriche utilizzando la lavagna (se in presenza) o supporto digitale (se online) e mostrando alcune slide: i contenuti discussi durante le lezioni teoriche saranno oggetto di esame. Non sono previste dispense o altro materiale didattico. Per la comprensione del materiale dell’insegnamento è molto utile la presenza a lezione, la visione delle eventuali registrazioni, e/o lo studio su appunti delle lezioni. IMPORTANTE: le slide mostrate durante le lezioni teoriche e condivise sul portale sono sintetiche e non necessariamente sufficienti per lo studio, ma sono pensate come supporto al docente per le lezioni e come supporto alle studentesse e agli studenti per la annotazione di appunti. Inoltre, le slide sono in lingua inglese nonostante la lingua del corso sia l'italiano, per diverse motivazioni, tra cui: (i) la lingua ufficiale internazionale della scienza è l'inglese e molti dei più recenti concetti e definizioni sono stati sviluppati con terminologia inglese, (ii) alcune studentessi e alcuni studenti del corso sono in mobilità dall'estero e l'utilizzo di due lingue differenti nelle slide e a lezione semplifica loro l'apprendimento, (iii) l'utilizzo della doppia lingua potrebbe anche aiutare le studentesse e gli studenti italiani nell'arricchire il proprio vocabolario inglese, soprattutto nel caso in cui dovessere svolgere un lavoro in cui sia utile o necessario l'utilizzo dell'inglese.

L’insegnamento comprende lezioni ed esercitazioni inerenti gli argomenti trattati nelle lezioni. 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. Le esercitazioni e i loro risultati dovranno essere discussi in una relazione tecnica da svolgere in gruppi di due studentesse e/o studenti e da consegnare da ciascuna studentessa o ciascuno studente entro il giorno in cui si effettua l’esame. L’insegnamento è strutturato in: - 50 ore di lezioni teoriche mirate allo sviluppo di conoscenze relative ai fenomeni che determinano il destino di sostanze inquinanti immesse in differenti comparti ambientali e ai modelli ingegneristici che permettono la previsione e la quantificazione delle loro concentrazioni. - 30 ore di esercitazione, mirate a stimolare l’abilità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi pratici. Saranno affrontati esercizi con metodi perlopiù analitici su trasporto, trasformazione, e distribuzione di inquinanti e sostanze disciolte o disperse in matrici ambientali. Qualora l’insegnamento sia erogato in presenza, ogni gruppo di lavoro avraà a disposizione un computer in laboratorio informatico. Qualora l’insegnamento sia erogato online, occorrerà utilizzare computer personali e si farà uso di breakout rooms per lo svolgimento delle esercitazioni in gruppi di studenti.

Le nozioni e le metodologie di calcolo oggetto dell’insegnamento, così come loro esempi applicativi, sono anche discusse in molti testi che possono essere utilizzati come supporto e complemento alle lezioni. L’utilizzo di questi testi non è necessario per il corretto apprendimento dell’insegnamento. 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

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 100 minuti, che si pone l’obiettivo di verificare le competenze relative a tutti gli argomenti delle lezioni e delle esercitazioni (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 sui fondamenti teorici alla base della risoluzione delle esercitazioni del semestre. 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. 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/matita e righello. L’esito della prova sarà comunicato agli studenti tramite email, 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 o tramite email in concomitanza con la comunicazione 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.