Fatti:
A. A.a A._ - disegnatore d'impianti sanitari con maestria e certificato federale dei veleni per commerciare prodotti chimici per la manutenzione di piscine - era referente della B._Sagl, società a cui il Municipio di W._ aveva affidato, a partire dal 2004, tutti gli interventi di una certa importanza in relazione alla manutenzione della pista di ghiaccio Y._ di Z._. Per l'esecuzione materiale delle opere B._Sagl ricorreva alla C._S.r.l., ditta attiva negli impianti di refrigerazione e surgelazione per tutte le applicazioni del freddo artificiale.
A.b Nel tentativo di ovviare a un problema legato all'ostruzione di alcune condotte dell'impianto di raffreddamento della pista di ghiaccio, il 15 maggio 2008 D._ - tecnico frigorista alle dipendenze della C._S.r.l. con patente di abilitazione all'impiego di gas tossici - ha proceduto all'evacuazione dell'ammoniaca liquida dal circuito di raffreddamento. Il 4 giugno 2008 ha poi provveduto allo svuotamento del residuo gassoso di ammoniaca presente nelle condotte e l'8 agosto 2008 al flussaggio delle tubazioni con aria compressa per cercare di liberarle dal materiale ostruttivo. L'intervento non ha però raggiunto lo scopo sperato.
A.c È stata allora effettuata un'operazione alternativa - già convenuta prima dell'8 agosto 2008 da A._ e i responsabili della pista - consistente nel liberare le estremità dei collettori a lato della platea con l'immissione in quel punto di aria compressa previa applicazione di tronchetti. Così il 18 agosto 2008, dopo un nuovo recupero dell'ammoniaca liquida nel frattempo rifluita nelle condotte, A._ ha raggiunto a Z._ E._ e F._ - addetti alla pista - per l'operazione di svuotamento dei residui gassosi presenti nelle serpentine dell'impianto di raffreddamento, prima di procedere alla successiva fase di flussaggio. Nel corso della manovra di abbattimento del gas residuo - operazione analoga a quella eseguita da D._ il 4 giugno 2008 - verso le ore 14.15 vi è stata una fuoriuscita di ammoniaca che è defluita nel riale collegato al fiume X._. Ciò ha provocato l'inquinamento delle acque con la conseguente moria di almeno 4'000 pesci.
B. Con decreto d'accusa del 3 marzo 2009 il Procuratore pubblico ha ritenuto A._ autore colpevole di infrazione alla legge federale sulla protezione delle acque per i fatti del 18 agosto 2008, proponendone la condanna alla pena pecuniaria di 30 aliquote giornaliere di fr. 40.-- ciascuna, sospesa condizionalmente per un periodo di prova di due anni, nonché alla multa di fr. 700.--, sostituita, in caso di mancato pagamento, con una pena detentiva di 18 giorni. La parte civile Dipartimento del territorio, Sezione protezione aria acqua e suolo è stata rinviata al competente foro per le sue pretese di risarcimento.
C. Statuendo sull'opposizione al suddetto decreto d'accusa inoltrata da A._, il 14 gennaio 2010 il Presidente della Pretura penale ha confermato tanto l'imputazione quanto la pena. A._ è stato inoltre condannato a versare alla parte civile fr. 12'782.-- per le spese sostenute in relazione all'inquinamento e fr. 2'500.-- per ripetibili, rinviando la stessa al competente foro civile per le ulteriori pretese.
D. Con sentenza del 6 agosto 2010 la Corte di cassazione e di revisione penale del Tribunale d'appello del Cantone Ticino (CCRP; dal 1° gennaio 2011 Corte di appello e di revisione penale) ha respinto, per quanto ammissibile, il ricorso presentato dal condannato contro il giudizio pretorile.
E. A._ impugna la decisione dell'ultima istanza cantonale con ricorso in materia penale al Tribunale federale, postulando il suo proscioglimento.
Non sono state chieste osservazioni sul gravame.
Diritto:
1. Il ricorrente è stato ritenuto autore mediato dell'infrazione di cui all'art. 70 cpv. 1 lett. a della legge federale del 24 gennaio 1991 sulla protezione delle acque (LPAc; RS 814.20) per avere, per il tramite di E._ e F._, intenzionalmente introdotto nelle acque sostanze atte a inquinarle. E._ e F._ - autori diretti della manovra all'origine dell'inquinamento - sono stati ritenuti degli strumenti sprovvisti di volontà, perché indotti in errore dalle direttive e dalle rassicurazioni dell'insorgente che fungeva da responsabile dei lavori.
2. Secondo la tesi ricorsuale, la sentenza impugnata sarebbe arbitraria. Giova allora rammentare che, per giurisprudenza invalsa, l'arbitrio non si realizza già qualora la soluzione proposta con il ricorso possa apparire sostenibile o addirittura migliore rispetto a quella contestata. Il Tribunale federale annulla la pronunzia criticata per violazione dell'art. 9 Cost. solo se il giudice del merito ha emanato un giudizio che appare - e ciò non solo nella sua motivazione bensì anche nell'esito - manifestamente insostenibile, in aperto contrasto con la situazione reale, gravemente lesivo di una norma o di un principio giuridico chiaro e indiscusso oppure in contraddizione urtante con il sentimento della giustizia e dell'equità (DTF 135 V 2 consid. 1.3 pag. 4, con rinvii). Per quanto concerne più in particolare l'apprezzamento delle prove e l'accertamento dei fatti, il giudice - il quale in questo ambito dispone di un ampio potere discrezionale - incorre nell'arbitrio se misconosce manifestamente il senso e la portata di un mezzo di prova, se omette senza valida ragione di tener conto di un elemento di prova importante, suscettibile di modificare l'esito della vertenza, oppure se ammette o nega un fatto ponendosi in aperto contrasto con gli atti di causa o interpretandoli in modo insostenibile (DTF 134 V 53 consid. 4.3 pag. 62; 129 I 8 consid. 2.1).
3. A mente del ricorrente, gli accertamenti relativi al reale stato di consapevolezza da parte di E._ e F._ circa la portata del loro atto sarebbero inficiati da grave arbitrio. Pur riconoscendo che i due addetti della pista di ghiaccio erano consapevoli della pericolosità dell'ammoniaca, il giudice di prime cure come pure la CCRP giungono alla conclusione secondo cui essi erano convinti della bontà dell'operazione di svuotamento e ciò in modo acritico o, meglio, semplicemente perché sarebbero stati rassicurati dall'insorgente.
Per il ricorrente tale conclusione sarebbe però in crassa contraddizione con gli accertamenti fattuali. Innanzitutto l'operazione del 18 agosto 2008 era la replica di quella del 4 giugno 2008, quest'ultima effettuata con la partecipazione attiva di D._ alla presenza di tutti gli interessati (E._, F._ e il ricorrente in particolare). Si è trattato di un'operazione eccezionale per la quale erano state adottate particolari precauzioni ed era stato richiesto l'intervento di una ditta specializzata (e la presenza di un tecnico frigorista). È al più tardi durante quell'intervento che E._ e F._ devono aver capito che manovrare una sostanza come l'ammoniaca era cosa rischiosa che necessitava l'adozione di precauzioni. Oltre a queste circostanze, vanno poi considerate anche le diverse dichiarazioni rilasciate dai due addetti nel corso dell'istruttoria e del dibattimento e dalle quali emerge in modo chiaro la loro consapevolezza circa la pericolosità dell'ammoniaca, dichiarazioni ignorate dalla sentenza impugnata. In particolare, il dolo eventuale dei due appare lampante allorquando F._ ammette di aver avuto paura di gestire il famoso rubinetto nell'ambito dell'operazione di evacuazione del gas e conferma di aver deciso, unitamente a E._ (e non all'insorgente), di allacciare anche una manichetta per fare affluire ulteriore acqua nel pozzo, dando così atto della sua conoscenza dei meccanismi di abbattimento della concentrazione di ammoniaca in vista di farla diventare innocua. Ciò posto non può sostenibilmente essere ammesso che E._ e F._ non abbiano nemmeno preso in considerazione l'ipotesi che l'immissione di ammoniaca in un pozzo d'acqua collegato a un riale che a sua volta termina nel fiume X._ potesse essere evento pericoloso. Sicché si deve concludere che i due addetti sono stati anch'essi autori colpevoli del reato di cui all'art. 70 cpv. 1 lett. a LPAc, quantomeno per dolo eventuale, ciò che comporta la liberazione del ricorrente da ogni responsabilità penale.
3.1 La CCRP ha evidenziato come con la sua argomentazione il ricorrente si limitasse per lo più a sostenere che E._ e F._ fossero consapevoli della pericolosità dell'ammoniaca (fatto peraltro di comune conoscenza), dimenticando che la conclusione per cui essi avrebbero accettato il fatto che l'ammoniaca potesse provocare l'inquinamento delle acque (e avrebbero pertanto agito con dolo eventuale) non può essere dedotta da una tale semplice constatazione. Del resto, la circostanza della manichetta, rammentata nel ricorso, non costituisce un elemento dal quale è possibile dedurre che gli addetti alla pista abbiano accettato la realizzazione del reato. L'iniziativa di aggiungere acqua nel pozzo rappresenta unicamente una precauzione supplementare dettata dalla logica considerazione per cui la pericolosità dell'ammoniaca diminuiva aumentando il flusso dell'acqua che la diluiva, ma non già dalla conoscenza dei meccanismi di abbattimento dell'ammoniaca. Tale modo d'agire, continua la CCRP, non può che confortare l'ipotesi per cui E._ e F._ hanno fatto tutto quanto in loro potere (andando oltre le direttive della persona che supervisionava l'operazione) per scongiurare un inquinamento delle acque. Ne consegue che non è possibile ritenere che essi, ripetutamente rassicurati dal ricorrente, abbiano accettato l'ipotesi che si potesse verificare un inquinamento dell'acqua che dal pozzo confluiva nel fiume X._ e abbiano agito con dolo eventuale.
3.2 Come già davanti alla CCRP, anche in questa sede l'argomentazione ricorsuale si limita a evidenziare la consapevolezza di E._ e F._ circa la pericolosità dell'ammoniaca. L'insorgente però non adduce alcun elemento concreto dal quale sia possibile dedurre che i due addetti della pista di ghiaccio, pur non desiderandola, hanno accettato l'ipotesi di un inquinamento delle acque. Infatti, la semplice consapevolezza circa la probabilità di realizzazione del rischio ancora non basta per ammettere il dolo eventuale. Occorre pure che sia dato l'elemento volitivo del dolo (Willenskomponente des Vorsatzes). Ora, secondo costante giurisprudenza, non è possibile concludere automaticamente che l'autore che sa vuole (DTF 135 IV 12 consid. 2.3.2). Risulta pertanto infondata la critica formulata dal ricorrente secondo cui la sentenza impugnata sarebbe arbitraria perché, malgrado la CCRP ammetta la consapevolezza di E._ e F._ circa la pericolosità dell'ammoniaca, non ritiene che tale consapevolezza possa generare automaticamente l'esistenza di un dolo.
3.2.1 In mancanza di confessioni, il giudice può, di regola, dedurre la volontà dell'interessato fondandosi su indizi esteriori e regole d'esperienza. Può desumere la volontà dell'autore da ciò che questi sapeva, laddove la possibilità che l'evento si produca era tale da imporsi all'autore, di modo che si possa ragionevolmente ammettere che lo abbia accettato (DTF 130 IV 58 consid. 8.4). Tra gli elementi esteriori, da cui è possibile dedurre che l'agente ha accettato l'evento illecito nel caso che si produca, figurano in particolare la gravità della violazione del dovere di diligenza e la probabilità, nota all'autore, della realizzazione del rischio. Quanto più grave è tale violazione e quanto più alta è la probabilità che tale rischio si realizzi, tanto più fondata risulterà la conclusione che l'agente, malgrado i suoi dinieghi, aveva accettato l'ipotesi che l'evento considerato si realizzasse (DTF 135 IV 12 consid. 2.3.2; 134 IV 26 consid. 3.2.2 e rinvii). Altri elementi esteriori rivelatori possono essere il movente dell'autore e il modo nel quale egli ha agito (DTF 130 IV 58 consid. 8.4; 125 IV 242 consid. 3c).
3.2.2 Alla base di questa giurisprudenza, forgiata nell'ambito dei reati di lesioni personali, vi è l'idea che l'inosservanza di elementari regole di prudenza traduce un'indifferenza verso gli interessi altrui che, in casi particolarmente gravi, permette di concludere che l'autore ha accettato la realizzazione del risultato (DTF 135 IV 12 consid. 2.3.2). Simile indifferenza però non si scorge nel caso concreto. Proprio l'episodio della manichetta menzionato nel ricorso attesta semmai, come già rettamente rilevato dalla CCRP, una particolare precauzione degli addetti alla pista di ghiaccio volta a scongiurare eventuali danni. Peraltro, il ricorrente non può essere seguito laddove intravede in questo episodio una prova della loro conoscenza dei meccanismi di abbattimento della concentrazione di ammoniaca. Essi non hanno fatto altro che riprodurre quanto già messo in atto il 4 giugno 2008 da D._. Lo stesso insorgente nel suo gravame riporta del resto la deposizione di F._ secondo cui "il tecnico D._ ha dichiarato che con questo sistema l'ammoniaca diveniva innocua" (v. verbale di interrogatorio del 25 agosto 2008 di F._ pag. 2). Sicché non si può non concordare con la Corte cantonale laddove afferma che questa iniziativa conforta l'ipotesi per cui E._ e F._ hanno fatto tutto quanto in loro potere per evitare un inquinamento delle acque.
Tale conclusione non cambia nemmeno se si considera il preteso costante e centrale ruolo avuto dai due addetti nell'ambito delle operazioni di manutenzione ordinarie e degli interventi straordinari riferiti alla pista di ghiaccio. Secondo il ricorrente i 15 anni durante i quali E._ ha seguito le vicissitudini della pista costituiscono un lasso di tempo sufficiente per capire il funzionamento di un impianto di refrigerazione e gli intrinseci elementi di pericolosità legati all'utilizzo dell'ammoniaca. Sennonché, ancora una volta, l'insorgente si attarda sull'aspetto cognitivo del presunto dolo, ma non su quello volitivo.
3.3 In sintesi, non si scorgono nella fattispecie elementi che possano far concludere che E._ e F._ hanno agito accettando il rischio di inquinamento delle acque. La sentenza della CCRP che nega la sussistenza di un dolo eventuale in capo ai due addetti alla pista di ghiaccio è conforme al diritto e va pertanto tutelata.
4. Atteso che il ricorso si rivela infondato già per le ragioni appena esposte, non occorre chinarsi sulle censure sollevate contro l'argomentazione abbondanziale della sentenza impugnata secondo cui, in ogni caso, l'eventuale accertamento di un dolo da parte di E._ e F._ non avrebbe liberato l'insorgente dalle sue responsabilità penali. E questo perché tale accertamento avrebbe semplicemente comportato una costruzione giuridica diversa con il ricorrente nella veste di coautore.
5. Da quanto precede discende che il ricorso, infondato, va respinto e la decisione impugnata confermata.
Le spese giudiziarie sono poste a carico del ricorrente soccombente (art. 66 cpv. 1 LTF).
La parte civile opponente non è stata invitata a presentare osservazioni sul gravame. Non v'è pertanto motivo di assegnarle un'indennità per ripetibili, non essendo incorsa in spese necessarie per la sede federale (art. 68 cpv. 2 LTF).
Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Il ricorso è respinto.
2. Le spese giudiziarie di fr. 4'000.-- sono poste a carico del ricorrente.
3. Non si accordano ripetibili.
4. Comunicazione alle parti, alla Corte di appello e di revisione penale del Cantone Ticino e all'Ufficio federale dell'ambiente.