Η ύλη του μαθήματος περιλαμβάνει τα εξής στοιχειά: Εισαγωγή στην Εκτίμηση Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων. Νομοθετικό πλαίσιο (Έργα και Προγράμματα). Μεθοδολογία Εκτίμησης Επιπτώσεων στο Περιβάλλον (Έργα και Προγράμματα). Διαδικασία εκπόνησης Μελετών. Στρατηγική Περιβαλλοντική Μελέτη. Μελέτη Κοινωνικών επιπτώσεων. Ανασκόπηση παραδειγμάτων από έργα και προγράμματα.
Εισαγωγή στη Διαχείριση Στερεών Αποβλήτων – Κατηγοριοποίηση Στερεών Αποβλήτων, ευρωπαϊκός κατάλογος αποβλήτων, εξέταση των κύριων χαρακτηριστικών των οικιακών και των οργανικών αποβλήτων. Θεσμικό πλαίσιο της Ε.Ε. Παραγωγή απορριμμάτων, αποθήκευση, συλλογή και μεταφορά. Υγειονομική ταφή απορριμμάτων. Συστήματα μηχανικής διαλογής απορριμμάτων. Θερμικές μέθοδοι επεξεργασίας αποβλήτων: Καύση, Αεριοποίηση, Πυρόλυση. Βιολογικές μέθοδοι επεξεργασίας οργανικών απορριμμάτων και ιλύος. Αερόβια επεξεργασία. Αναερόβια επεξεργασία. Ολοκληρωμένα συστήματα επεξεργασίας στερεών αποβλήτων. Ειδικά ρεύματα στερεών αποβλήτων.
Εισαγωγή στην Περιβαλλοντική Βιοτεχνολογία. Μικροβιακός μεταβολισμός και βιοχημεία κυττάρου και θερμοδυναμική μικροβιολογικών αντιδράσεων. Διεργασίες αποκατάστασης περιβάλλοντος με έμφαση στις βιοτεχνολογικές διεργασίες : (α) αναερόβια διεργασία και ο ρόλος της στην κυκλική οικονομία, (β) βιοεκχύλιση ορυκτών και αποκατάσταση μεταλλείων, (γ) αποκατάσταση ρυπασμένων υδάτινων αποδεκτών και εδαφών, in-situ και ex-situ τεχνικές αποκατάστασης ρυπασμένων εδαφών, βιοδιάσπαση πετρελαϊκών ρύπων (δ) διεργασίες δέσμευσης και μετατροπής CO2 σε προϊόντα με έμφαση στης βιοχημικές διεργασίες (ε) επεξεργασία αποβλήτων για παραγωγή βιο-αιθανόλης και βιοντίζελ. (ζ) extremophilic μικροοργανισμοί και ο ρόλος της στην αειφόρο ανάπτυξη και αποκατάσταση περιβάλλοντος.
Το μάθημα περιλαμβάνει τη διδασκαλία των βασικών αρχών λειτουργίας (θεωρητικό υπόβαθρο), μεθόδους προετοιμασίας δειγμάτων και πρακτικές μεθόδους ανάλυσης σε βασικά αναλυτικά όργανα/συσκευές. Συγκεκριμένα, θα διδαχτούν οι ακόλουθες μέθοδοι ανάλυσης: Φασματοφωτομετρία Υπεριώδους-Ορατού (UV-Vis), Χρωματογραφικούς διαχωρισμούς, Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Απόδοσης (HPLC), Αέρια Χρωματογραφία (GC), Φασματομετρία Ατομικής Απορρόφησης (AAS), Φασματομετρία Ατομικών Μαζών σε Επαγωγικά Συζευγμένο Πλάσμα (ICP-MS). Οι πιο πάνω τεχνικές θα χρησιμοποιηθούν από τους φοιτητές για επί τόπου μετρήσεις.
Το μάθημα θα καλύψει μια γενική επισκόπηση στην περιβαλλοντική τοξικολογία και στις χημικές ενώσεις που καταλήγουν στο περιβάλλον μέσω χημικών διεργασιών. Μεταξύ των χημικών ενώσεων θα επιλεγούν σενάρια και ενώσεις για συγκεκριμένες χρήσεις θα διερευνηθούν. Η συμπεριφορά αυτών των ενώσεων στο περιβάλλον θα μελετηθούν περαιτέρω με τη διερεύνηση των διαφόρων περιβαλλοντικών μέσων και των μηχανισμών διερεύνησης της περιβαλλοντικής τύχης. Εισαγωγικά στην τοξικοκινητική και τοξικοδυναμική θα παρουσιαστούν. Μια επισκόπηση των κυριότερων μεθόδων τοξικολογικής αξιολόγησης δίνοντας έμφαση στην οικολογική τους συσχέτιση.
Παράμετροι ρύπανσης υδάτων. Χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων. Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Αστικών Αποβλήτων: Υπολογισμός φορτίων, ισοζύγια μάζας άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου. Εξισορρόπηση παροχής. Πρωτογενείς διεργασίες επεξεργασίας. Δευτερογενής επεξεργασία: βιολογική αποδόμηση οργανικού ρυπαντικού φορτίου καθώς και τύποι αντιδραστήρων που χρησιμοποιούνται, διεργασίες απομάκρυνσης αζώτου και φωσφόρου. Τριτογενής επεξεργασία (χλωρίωση, οζονισμός, ιοντοεναλλαγή, προσρόφηση σε αμμόφιλτρα, φωτοχημικές διεργασίες). Ενδεχόμενες διεργασίες ανάκτησης προϊόντων (στρουβίτη και απατίτη) και ενέργειας (βιοαέριο) καθώς και άλλες πιθανές πρώιμες διεργασίες για ανάκτηση προϊόντων (βιοντίζελ, βιοπολυμερή, βιοαιθανόλη, θειική αμμωνία). Ενδεχόμενες διεργασίες επεξεργασίας ιλύος από μονάδα επεξεργασίας αστικών αποβλήτων (αναερόβια χώνευση, πυρόλυση, κομποστοποίηση, καύση και άλλες) καθώς και επεξεργασία της ιλύος από την αναερόβια χώνευση (μηχανική πάχυνση και αφύγρανση και περαιτέρω τεχνολογίες/διεργασίες επεξεργασίας). Βιομηχανικοί Βιοαντιδραστήρες. Συστήματα επεξεργασίας αποβλήτων σε αποκεντρωμένα συστήματα (σηπτικές δεξαμενές, χαλικόφιλτρα, τεχνητοί υγροβιότοποι, λίμνες σταθεροποίησης). Εργοστάσιο επεξεργασίας νερού και περιγραφή διεργασιών: προεπεξερασία, κροκίδωση – συσσωμάτωση – καθίζηση, προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα, ιοντοεναλλαγή, διεργασίες μεμβρανών (μικροδιήθηση, υπερδιήθηση, νανοδιήθηση, αντίστροφη ώσμωση) καθώς και διεργασίες που περιγράφηκαν στην τριτογενή επεξεργασία αστικών αποβλήτων. Εργοστάσιο αφαλάτωσης και περιγραφή διεργασιών: προεπεξεργασία, τεχνολογίες αφαλάτωσης (μέθοδοι εξάτμισης, αντίστροφη ώσμωση, ηλεκτροδιάλυση και άλλες μέθοδοι). Εργαστηριακές ασκήσεις για μέτρηση χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD), Βιομηχανικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD), φωσφορικών ιόντων, νιτρικών και αμμωνιακών καθώς και επίδειξη εργαστηριακών αντιδραστήρων (Moving bed biofilm reactor, submerged anaerobic membrane bioreactor) καθώς και επισκέψεις σε πιλοτικές και full scales μονάδες (UASB, activated sludge process, constructed wetlands).
Εισαγωγή στη μεταφορά θερμότητας και μάζας. Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας και μάζας-παραδείγματα. Ορισμός συγκεντρώσεων, ταχυτήτων και ειδικών ρυθμών παροχής. Νόμος Fourier στην αγωγή και Fick στη διάχυση, συσχέτιση Newton στην συναγωγή θερμότητας. Συντελεστής διάχυσης: αέρια, υγρά και στερεά μέσα. Μοριακή διάχυση σε πορώδη υλικά. Διάχυση κατά Knudsen. Επιφανειακή διάχυση. Γενικές διαφορικές εξισώσεις μεταφοράς θερμότητας και μάζας σε στερεά και ηρεμούντα ρευστά. Συνοριακές και αρχικές συνθήκες. Σταθερή μονοδιάσταστη αγωγή και διάχυση. Μόνιμη και μεταβατική αγωγή θερμότητας και μοριακή διάχυση. Παραγωγή θερμότητας στον όγκο και στις διεπιφάνειες υλικών. Άθροιση θερμικών αντιστάσεων σε διάφορες γεωμετρίες. Προσέγγιση πτερυγίου.
Διάχυση με ομογενή χημική αντίδραση. Διάχυση με ετερογενή αντίδραση. Σχετική επίδραση των ρυθμών μεταφοράς μάζας και αντίδρασης. Σταθερή Αγωγή θερμότητας και διάχυση μάζας σε δύο διαστάσεις. Ακριβείς λύσεις με χωρισμό μεταβλητών. Συντελεστής σχήματος. Λύση με χρήση διαγραμμάτων και πολυωνυμική παρεμβολή. Μεταβατική μονοδιάστατη αγωγή θερμότητας και διάχυση μάζας. Λύσεις με μετασχηματισμό ομοιότητας και με χωρισμό μεταβλητών. Μεταβατική πολυδιάστατη αγωγή και διάχυσης. Εισαγωγή στη συναγωγή θερμότητας και μάζας. Βεβιασμένη και ελεύθερη συναγωγή. Διαστατική ανάλυση και ομοιότητα. Προσεγγιστικές συσχετίσεις στην συναγωγή θερμότητας. Αναλογίες μεταφοράς θερμότητας, μάζας και γραμμικής ορμής. Βεβιασμένη συναγωγή γύρω από σώματα και μέσα σε αγωγούς. Συναγωγή πάνω από επιφάνεια, τα οριακά στρώματα θερμότητας και μάζας. Μήκος εισόδου σε αγωγούς. Αναπτυσσόμενη και ανεπτυγμένη ροή. Συναγωγή θερμότητας και μάζας σε τυρβώδη ροή. Ελεύθερη συναγωγή. Ακτινοβολία θερμότητας. Νόμος του Planck και των Stefan-Boltzmann. Εκπομπή και απορρόφηση.
Οι φοιτητές θα μάθουν να σχεδιάζουν χημικές/φυσικές διεργασίες με τη χρήση υπολογιστών. Εμβάθυνση στα διαγράμματα ροής και προσομοίωση διεργασιών με Aspen HYSYS. Προκαταρκτικός σχεδιασμός και διαστασιολόγηση μηχανολογικού εξοπλισμού. Προκαταρκτική διαστασιολόγηση στηλών κλασματικής απόσταξης, στηλών απορρόφησης, εναλλακτών θερμότητας, μίξερς, αντλιών και συμπιεστών. Χρήση λογισμικού ASPEN HYSYS για προσομοίωση χημικών/φυσικών διεργασιών. Οικονομική και ενεργειακή ανάλυση χημικών/φυσικών διεργασιών μέσω ASPEN HYSYS. Bελτιστοποίηση χημικών διεργασιών.
Εργαστήρια Χημικών Διεργασιών:
Εργαστήρια Βιοχημικών Διεργασιών:
Σχεδιασμός προηγμένων χημικών αντιδραστήρων. Ανάλυση και σχεδιασμός των Χημικών αντιδραστήρων. Θερμοδυναμική μελέτη των χημικών αντιδράσεων. Κινητική ανάλυση των ομογενών χημικών αντιδράσεων. Εφαρμογή των θεμελιωδών εξισώσεων μάζας και ενέργειας στους χημικούς αντιδραστήρες. Ολοκλήρωση των σχεδιαστικών εξισώσεων των ιδανικών ομογενών αντιδραστήρων. Πειραματικός προσδιορισμός των συναρτήσεων ταχύτητας των χημικών αντιδράσεων. Σχεδιασμός μη ισοθερμοκρασιακών αντιδραστήρων σε μόνιμη κατάσταση. Σχεδιασμός μη ισοθερμοκρασιακών αντιδραστήρων σε μη μόνιμη κατάσταση. Ετερογενής κατάλυση. Σχεδιασμός καταλυτικών αντιδραστήρων. Φαινόμενα εξωτερικής και εσωτερικής διάχυσης σε ετερογενείς αντιδράσεις. Αντιδράσεις αερίου-υγρού. Σχεδιασμός αντιδραστήρων αερίου-υγρού. Τριφασικές αντιδράσεις. Σχεδιασμός αντιδραστήρων τριφασικών αντιδράσεων. Ιδανικοί αντιδραστήρες εμβολικής ροής. Συστήματα Ετερογενών χημικών αντιδραστήρων. Φαινόμενα μεταφοράς μάζας και ενέργειας σε ετερογενείς χημικούς αντιδραστήρες. Συνδυασμός αναλυτικών και υπολογιστικών προσεγγίσεων (χρήση Matlab, Polymath κτλ.) για σχεδιασμό αντιδραστήρων.