De gisi saie2011 bologna

Procedure e strumenti per la progettazione e gestione degli impianti di depurazione

Dott. ing. Sabino De Gisi

Bologna, 8/10/2011, Padiglione 26 SAIE

“Impianti di depurazione delle acque reflue: progettazione e gestione, problematiche e soluzioni”

International Building ExhibitionBologna, 5 – 8 ottobre, 2011

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Procedure e strumenti per la progettazione e gestio ne degli impianti di depurazione

� La tutela della risorsa idrica e l’importanza della depurazione delle acque di scarico.

� Obiettivi.� Indicazioni metodologiche da seguire per una corretta progettazione

degli impianti per il trattamento delle acque di scarico.� Il ruolo della ricerca scientifica nella progettazione e gestione degli

impianti di depurazione.� Conclusioni.� Riferimenti bibliografici.

Indice

Pagina 3

„I problemi ambientali possono essere risolti se affrontati col “buon senso

ecologico” o anche con il semplice “buon senso” e gli impianti di depurazione non

fanno eccezione .“

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Tematiche affrontate - keywords

La tutela della risorsa idrica

Le indicazioni metodologiche per la progettazione degli

impianti di trattamento delle acque di scarico

Il ruolo della ricerca nella progettazione e gestione degli

impianti di depurazione

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� Esaminare le indicazioni metodologiche da seguire per una corretta progettazione degli impianti per il trattamento delle acque di scarico.

� Approfondire il ruolo della ricerca scientifica nell’ambito della progettazione e gestione degli impianti di depurazione.

Obiettivi

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La progettazione degli impianti di depurazione

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Come si imposta correttamente lo schema di processo ?

La progettazione ex-novo degli impianti di depurazi one

� indagine conoscitiva sull’origine del refluo (ad es. ciclo produttivo).� monitoraggio delle caratteristiche quali-quantitative degli scarichi.� indagine relativa allo stato dell’arte delle tecnologie attualmente adottate.� indagine relativa alle tecnologie disponibili.� dimensionamento delle fasi.� indagine relativa alle apparecchiature.� valutazione della semplicità ed efficienza gestionale.� valutazione del fattore umano.� valutazione dei costi di gestione.

Come si scelgono le tecnologie più adatte?

� Indicazioni metodologiche per la progettazione

Sviluppiano alcuni punti con l‘ausilio di un caso s tudio …

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� Caso studio – Reflui da biodiesel (BFW)

Impianto di trattamento di reflui da biodiesel (BFW )

Biodiesel

Glicerina pura

Olio vegetale

Metanolo

Idrossido di sodio

Trans-Esterificazione basica

H – C – O - H

H

H

NaOH

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Stoccaggio del metanolo

Stoccaggio olio di palma

3 Catalizzatore

4 Reattore

5 Separatore

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Flusso di esteri metilici

Rimozione del metanolo

8 Neutralizzazione e lavaggio

9 Stoccaggio dell'acido

Acqua10

Essiccatore

Biodiesel finito

Acqua di lavaggio

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Acqua

Flusso di glicerolo (50%)

Acidificazione e separazione

Flusso di glicerolo

Stoccaggio degli acidi grassi liberi

Rimozione del metanolo

Rettificazione metanolo/acqua

Metanolo stoccato per il riuso

Glicerolo grezzo (85%)

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� Caso studio - indagine conoscitiva sull’origine del refluo (ad es. ciclo produttivo)


V. Gerpen (2005)

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� Caso studio - caratterizzazione qualitativa e quantitativa del refluo da trattare

Parametro Unità di misura Valore Portata m3/h 6 pH - 4,18 COD mg/l 52.800 TSS mg/l 58 Conducibilità µS/cm 45,2 Cloruri mg/l 28.700 Solfati mg/l 55 Fosfati (Ptot) mg/l 3.170 Durezza totale °F 190 Rame mg/l 0,026 Nichel mg/l 0,027 Alluminio mg/l 0,648 Ferro mg/l 0,371 Piombo mg/l 0,044 Zinco mg/l 0,212 Cadmio mg/l < 0,01

� Il refluo è caratterizzato da un elevato valore del COD (15.000 – 60.000 mg/l) di cui una componente non è biodegradabile (circa 500 mg/l) , un elevato valore dei sali disciolti (cloruri, 5.000 – 35.000 mg/l) , un pH variabile a secondo del ciclo di produzione aziendale (acido e basico), di saponi e sostanze galleggianti ;

� Il refluo presenta un’elevata variabilità idraulica e del carico organico organic o.

Galasso et al. (2008)

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� Caso studio - Stato dell’arte delle tecnologie attualmente adottate

Inquinanti Processi di trattamento

Materiale grossolano Grigliatura, stacciatura Oli e grassi Flottazione Solidi sospesi Sedimentazione, flottazione, flocculazione, filtrazione Composti volatili Strippaggio Composti organici biodegradabili a bassa concentrazione

Trattamenti biologici aerobici (fanghi attivi, filtri biologici, lagunaggi naturali e aerati), fitodepurazione

Composti organici biodegradabili ad alta concentrazione

Trattamenti biologici anaerobici, incenerimento

Composti organici non biodegradabili

Adsorbimento su carbone attivo, trattamenti a membrana, ozonizzazione, ossidazione a umido, incenerimento

Composti inorganici disciolti Precipitazione, scambio ionico, processi a membrana Cianuri, cromati Ossido-riduzione Composti dell’azoto Nitrificazione e denitrificazione biologica, strippaggio Fosforo Precipitazione chimica, defosfatazione biologica

Batteri, virus Clorazione, radiazione UV, disinfezione con PAA, ozonizzazione, lagunaggio


Saponi, sostanze

galleggianti

Sostanza organica biodegradabile

Sostanza organica non biodegradabile

Sali

� Chimico – fisico di monte e correzione del pH: policloruro di alluminio (PACl), idrossido di sodio, polielettrolita anionico;

� Chimico – fisico di valle: polielettrolita anionico.

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� Caso studio - indagine relativa alle tecnologie disponibili

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Refluo in ingresso

Chimico-fisico

3 Flottazione

4 Filtri percolatori

5 Bacino di ossidazione

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Flocculante

Vasca di sedimentazione secondaria

8 Unità di filtrazione

9 Vasca di accumulo

Osmosi inversa10

Vasca di accumulo

Evaporatore per il concentrato

Distillato

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Permeato

Permeato al riutilizzo

Flusso di calore

Ricircolo del permeato

Acqua di controlavaggio del filtro

Ricircolo dei fanghi attivi

Fango alla linea fanghi

Aerazione

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Concentrato allo smaltimento

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Schema di processo 1

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� Indagine relativa alle tecnologie disponibili

Impianto di trattamento di reflui da biodiesel (BFW )(b)

Evaporatore

Flusso di calore

Bacino di ossidazione

Unità di filtrazione


Refluo in uscita al riutilizzo

Flocculazione23

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Refluo in ingresso




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Schema di processo 2Calore residuo

Energia elettrica Evaporatore

Distillato (liquido)

Residuo solido (solido)

Emissioni (aeriforme)

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� Dimensionamento delle fasi

Dimensionamento delle fasi

� Esistono diverse procedure o modelli per il dimensionamento delle fasi (ad esempio il biologico) e si differenziano in genere per il grado di complessità ed il numero di parametri di input richiesti:� ASCAM (Activated Sludge Computer Aided Modelling) di Tomei M., Ramadori R.

(2002), IRSA-CNR;� Metodo semplificato basato sul fattore di carico organico (Bonomo, 2008).

� Il dimensionamento deve tenere conto di un plausibile incremento di carico, dovuto ad incrementi dell’utenza da servire o a modifiche di cicli produttivi . A tal proposito, è sempre buona prassi adottare un certo margine di sicurezza nella definizione delle volumetrie e nella definizione dei parametri operativi delle principali apparecchiature (specialmente nella fase di ossidazione).

� E’ opportuno articolare in maniera modulare tutti g li impianti, con almeno due linee parallele equivalenti , in modo che risulti sempre possibile assicurare un trattamento minimo del refluo, anche in caso di avarie o fermi per manutenzione.

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� Indagine relative alle apparecchiature

Le apparecchiature elettromeccaniche

� La scelta delle apparecchiature deve prevedere ilricorso a macchinari adeguatamente dimensionati,con un certo margine di sicurezza e affidabili .

� Devono disporre di una macchina “gemella” diriserva o, nel caso di apparecchiature multiple, diun’unità di riserva.

� Le scelte devono essere operate in modo da raggiungereil miglior compromesso possibile tra la qualità delleapparecchiature ed il loro costo .

� L’affidabilità e la semplicità delle apparecchiature èindispensabile per avere una buona gestione successiva.

� Per evitare una loro eccessiva usura (che ne riduce iltempo di vita), è opportuno che le apparecchiature,soprattutto quelle regolabili, funzionino in condizioninon troppo discoste dai valori medi di esercizio .

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� Valutazione della semplicità ed efficienza gestionale

Semplicità ed efficienza gestionale

� Un processo di trattamento, adatto allo scopo, adeguatamente dimensionato, dotato di apparecchiature affidabili e semplici, capaci di garantire efficienza e semplicità gestionale, costituisce solo la base per un’efficace depurazione, il cui risultato dipenderà fortemente dalle scelte operate in fase di gestione.

� A tal proposito si cita un esempio che può fornire utili spunti di riflessione.In un impianto di depurazione a schema classico stava per essere realizzata l’ultima linea di trattamento con la interconnessione delle varie unità di trattamento biologico, mediante aperture realizzate sul fondo delle vasche. Con i collegamenti tra le vasche realizzati sul fondo, in caso di manutenzione (si pensi al caso di una sola unità, la più piccola) il gestore era obbligato a svuotare l’intera linea, con una volumetria totale di oltre 5.000 m3, causando in questo modo il fuori esercizio di tutta la struttura.

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� Esempio su doppia linea e collegamenti delle vasche in sommità

Semplicità ed efficienza gestionale

Out

In

In

Biologico a fanghi attiviDe Feo, De Gisi, Galasso, (2011)

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� Valutazione del fattore umano

Il fattore umano

� In sede di gestione riveste un’importanza fondamentale il fattore umano, legato agli operatori che devono gestire gli impianti.

� Mentre negli impianti di notevoli dimensioni è normalmente presente personale altamente qualificato , nei piccoli impianti di depurazione gli addetti sono tipicamente abituati a svolgere soprattutto mansioni di routine.

� A prescindere, è, comunque, importante che il personale addetto sia fortemente motivato a garantire l’efficienza dell’impianto , per cui si comprende l’importanza dell’attività di formazione , volta anche al riconoscimento e alla valorizzazione delle capacità individuali.

La progettazione ex-novo degli impianti di depurazion e

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� Valutazione dei costi

Costi di esercizio

� L’energia elettrica.� I reattivi chimici.� Lo smaltimento dei residui solidi.� Acqua potabile e laboratorio.� Personale, Spese Generali.

Costi di manutenzione

� Ordinaria (pulizia locali, taglio erba e vegetazione, ingrassaggio parti mobili macchinari, verniciature periodiche, ecc.).

� Straordinaria (interventi sostanziali su macchinari e parti dell’impianto, sostituzione di motori, rifacimento generale di porzioni di strutture murarie, ecc.).

Costi di gestione

� Costi di gestione = Costi di esercizio + Costi di manutenzione.

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Il ruolo della Ricerca nella progettazione e gestione degli

impianti di depurazione

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Il ruolo della Ricerca nella progettazione e gestio ne degli impianti di depurazione

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Refluo in ingresso

Chimico-fisico

3 Flottazione

4 Filtri percolatori

5 Bacino di ossidazione

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Flocculante


8 Unità di filtrazione

9 Vasca di accumulo

Osmosi inversa10

Vasca di accumulo

Evaporatore per il concentrato

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Permeato

Permeato al riutilizzo

Flusso di calore

Ricircolo del permeato


Ricircolo dei fanghi attivi


Aerazione

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� Caso studio – Adeguamento di un impianto esistente - Il ruolo della ricerca

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Vista d’insieme dell’impianto

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Filtri percolatori di “pre-trattamento” ai fanghi att ivi

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Serbatoio per i processi a fanghi attivi con ricors o all’ossigeno puro

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Unità di sedimentazione secondaria a pacchi lamellar i

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L’obiettivo dell’adeguamento è quello di implementare (previa verifica su sperimentazione pilota) un nuovotrattamento biologico tale da consentire:(1) la riduzione del volume dell’ossigenazione (e di conseg uenza il consumo di ossigeno), (2) lariduzione della produzione di fango di supero, (3) la rimozi one del COD non biodegradabile, (4)eliminazione della sedimentazione secondaria (sfavorita dalla presenza di un fango leggero).

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SBBGR (Sequencing Batch Biofilter Granular Reactor)



effluente pressostato

ricircolo

aria

aria di lavaggio

influente

PA PR

EV

letto

Di Iaconi et al., (2009); Di Iaconi et al., (2010).

carico

ciclo

(1)influente

effluente

carico

reazione

scarico

carico

ciclo

(1)influente

ciclo

(1)influente

effluente

carico

reazione

scarico

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SBBGR (Sequencing Batch Biofilter Granular Reactor) e Ozonizzazione



� La sequenzialità del processo consente di utilizzare il trattamento con ozono in maniera mirata, cioè a valle della prima fase di degradazione biologica, e controllata, cioè finalizzata ad una ossidazione solo parziale dei composti biorefrattari(evitandone la mineralizzazione) al fine di renderli biodegradabili e, quindi, eliminabili durante la fase finale di degradazione biologica

Di Iaconi et al., (2002; Di Iaconi et al., (2010).

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Parametro SBBGR SBBGR potenziata ad ozono (dose ozono: 0,1 kgO 3/m

3inf )

COD influente [mg/l] 2900 2950 effluente [mg/l] 250 92 efficienza di rimozione [%] 91,3 96,9

BOD5 influente [mg/l] 1400 1250 effluente [mg/l] 8 5 efficienza di rimozione [%] 99,4 99,6

DOC influente [mg/l] 760 780 effluente [mg/l] 98,5 64 efficienza di rimozione [%] 87 91,8

TSS influente [mg/l] 370 390 effluente [mg/l] 40 20 efficienza di rimozione [%] 89 94,9

TKN influente [mg/l] 80 75 effluente [mg/l] 12 7 efficienza di rimozione [%] 85 90,7

N-NOx influente [mg/l] - - effluente [mg/l] 1,3 2,0

Tensioattivi influente [mg/l] 95 76 effluente [mg/l] 6,5 1,9 efficienza di rimozione [%] 93,1 97,5

Rimozione del colore 24 92

Prestazioni (valori medi) durante il trattamento dei reflui conciari (carico organico: 2,5 kg COD/m3/d)

Risultati attesiDe Feo, De Gisi, Galasso, (2011)

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Prestazioni (valori medi) durante il trattamento dei percolati di discarica (carico organico: 1 kg COD/m3/d)

Parametro SBBGR SBBGR potenziata ad

ozono (dose ozono: 0,4 kgO 3/m

3inf )

COD effluente [mg/l] 1100 485 efficienza di rimozione [%] 58 81

BOD5 effluente [mg/l] 12 5 efficienza di rimozione [%] 98 99

DOC effluente [mg/l] 460 290 efficienza di rimozione [%] 55 72

TSS effluente [mg/l] 40 30 efficienza di rimozione [%] 89 86

TKN effluente [mg/l] 15 4 efficienza di rimozione [%] 99 99,5

N-NOx effluente [mg/l] 12 6 efficienza di rimozione [%](a) 99 99,5

Tensioattivi effluente [mg/l] 4,5 2 efficienza di rimozione [%] 75 89

Rimozione del colore 52 98 (a): supportata con l’aggiunta di una sorgente di carbonio esterna

Parametro Intervallo di valore Parametro Intervallo di

valore COD 2,8 – 3,6 g/l Solfati 1,0 – 1,5 g/l BOD5/COD 0,2 – 0,3 Na 1,5 – 2,0 g/l DOC 0,9 – 1,2 g/l K 1,2 – 1,6 g/l NH4-N 1,5 – 2,0 g/l Mg 0,2 – 0,4 g/l pH 7,8 – 8,3 Cr < 0,1 mg/l Ptot 4 – 6 mg/l Ni 0.5 – 1 mg/l TSS 150 – 300 mg/l Mn < 0,02 mg/l VSS 120 – 230 mg/l Fe 1 – 1,5 mg/l Cloruri 3,0 – 4,0 g/l Zn < 0,01 mg/l Conducibilità 16 – 22 mS/cm Cu 0,01 – 0,2 mg/l

Composizione (intervallo di valore) del percolato di discarica utilizzato durante la sperimentazione

Risultati attesi

De Feo, De Gisi, Galasso, (2011)

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Conclusioni

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In merito alla progettazione degli impianti di depur azione

Conclusioni

� Una corretta progettazione non può prescindere dalla gestione degli impianti per cui bisogna progettare nell’ottica della gestione.

� Il progettista di impianti è opportuno che abbia maturato anche esperienze di gestione.� Al di là di tutti gli aspetti strutturali e della specificità dei processi depurativi, occorre tenere

presente che nella corretta gestione di un impianto di depurazione incide significativamente una variabile indipendente che è il fattore umano.

In merito al ruolo della ricerca

� La ricerca fornisce nuove prospettive, tecnologie per la risoluzione delle principali problematiche aperte nel campo della depurazione (ad esempio la riduzione della produzione dei fanghi biologici, ecc.).

� Il progettista di impianti è opportuno che sia in costante aggiornamento sia in termini di novità tecnologiche .sia di progressi in ambito scientifico.

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Riferimenti bibliografici� ANPA (Agenzia nazionale per la protezione dell’ambiente), Guida alla progettazione dei sistemi di collettamento e

depurazione delle acque reflue urbane, Manuali e Linee guida 1/2001.� APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th edn, American Public Health

Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington DC, 1995.� Bonomo L., Trattamenti delle acque reflue, McGraw-Hill Companies, Srl, Publishing Group Italia, Milano, ISBN:

978-88-386-6518-9, 2008. � Decreto Legislativo 3 aprile 2006, n. 152, Norme in materia ambientale, Supplemento Ordinario n. 96 alla

Gazzetta Ufficiale n. 88 del 14 aprile 2006.� De Feo G., De Gisi S., Galasso M., Ingegneria Sanitaria Ambientale. Acque Reflue, Dario Flaccovio Editore S.r.l.

2011, Palermo, Italia, 2011 (in fase di stampa).� Di Iaconi C. , Lopez A., Ramadori R., Di Pinto A.C. , Passino R., Combined chemical and biological degradation of

tannery wastewater by a periodic submerged filter (SBBR), Water Research, Volume 36, Issue 9, May 2002, Pages 2205-2214.

� Di Iaconi C., De Sanctis M., Rossetti S., Ramadori R., SBBGR technology for minimising excess sludge production in biological processes, Water Research, Volume 44, Issue 6, March 2010, Pages 1825-1832.

� Galasso M., De Feo G., Landi R., De Gisi S., La depurazione dei reflui degli impianti di produzione del biodiesel, Ingegneria Ambientale, Vol. 37, n. 1-2, pp. 34-38, 2008.

� Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering. Treatment and Reuse, 4th ed., McGraw Hill, New York (USA), 2003.� Tomei M., Ramadori R., ASCAM (Activated Sludge Computer Aided Modelling), IRSA-CNR, 2002.� Van Gerpen J., Biodiesel processing and production, Fuel Processing Technology, Vol. 86, pp. 1097-1107, 2005.

Dario Flaccovio Editore S.r.l., Palermo, Italia.

SAIE, Salone Internazionale dell‘edilizia, Bologna, Italia.

Bologna Fiere S.p.A., Bologna, Italia.

Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Salerno, via ponte Don Melillo n1, 84084, Fisciano (SA)

Bierre Chimica S.r.l., Settore Ricerca e Sviluppo, via Canfora, 59/61, 84084, Fisciano (SA)

Prof. ing. Giovanni De FeoProfessore aggregato di Ingegneria Sanitaria-Ambientalepresso il Dipartimento di Ingegneria Industriale, della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Salerno, attualmente insegna “Fenomeni di inquinamento e controllo della qualità ambientale”. Le sue attività di ricerca sui temi delle acque reflue e dei rifiuti solidi sono attestate in più di ottanta pubblicazioni nazionali e internazionali su libri e riviste di settore ed è autore del testo “Fenomeni di inquinamento e controllo della qualità ambientale – Teoria, esercizi e aneddoti vari” (Aracne Editrice).

Mail: [email protected]

Dott. ing. Sabino De GisiLaureato con lode in Ingegneria Ambientale, ha conseguito iltitolo di dottore di ricerca in Ingegneria Civile per l’Ambiente e ilTerritorio presso l’Università di Salerno. Attualmente collaboraalle attività di ricerca sui temi delle acque reflue e dei rifiuti solidipresso il Dipartimento di Ingegneria Industriale, è autore ecoautore di più di trenta pubblicazioni nel settore s.d.dell’Ingegneria Sanitaria Ambientale, sia in ambito nazionaleche internazionale oltre a svolgere la libera professione inambito civile e ambientale.


Dott. chim. Maurizio GalassoLaureato in Chimica ad indirizzo organico-biologico, nel 1977, presso l’Università di Napoli, dove dal 1979 al 1982 è stato ricercatore a contratto, si interessa da anni, professionalmente, di impianti di depurazione delle acque reflue e di trattamento dei rifiuti solidi. Dal 1983 al 2006 è stato Responsabile del Servizio Chimico Ambientale del Consorzio Interprovinciale dell’Alto Calore (AV), dal marzo 2006 è Direttore Tecnico della soc. Bierrechimica S.r.l. di Fisciano (SA). È autore e coautore di numerose pubblicazioni nel settore ambientale, sia in ambito nazionale che internazionale.


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