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Coltura di Scenedesmus sp. su refluo urbano e agricolo

Informazioni tesi

  Autore: Tommaso Bacci
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Firenze
  Facoltà: Agraria
  Corso: Scienze e tecnologie agrarie, agroalimentari e forestali
  Relatore: Mario Tredici
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 56

L'acqua è diventata una risorsa da gestire in modo oculato per la sempre maggiore richiesta che ne viene fatta. Le acque reflue, ricche di sostanze come azoto e fosforo, se non ben trattate possono portare all’inquinamento delle falde e a fenomeni di eutrofizzazione. Le acque reflue sia urbane che agricole, attualmente considerate un prodotto di scarto senza valore, potrebbero essere utilizzate quali substrato per la coltura di microalghe, un gruppo di organismi fotoautotrofi ossigenici eucariotici che usano la luce solare per convertire la CO2 in biomassa. Scopo di questa tesi è stata la coltivazione di microalghe del genere Scenedesmus, ceppi Prod2 e 3PAV3, su reflui urbani e agricoli, in particolare di porcilaia, al fine di valutare la possibilità di utilizzarli quale substrato di crescita, mirato a ottenere un risparmio sul costo dei sali nutritivi necessari nella produzione della biomassa algale. Questa presenta molte applicazioni in ambito industriale, fra le quali la più interessante attualmente allo studio è la produzione di biodiesel.
L'andamento delle colture durante le prove è stato monitorato tramite determinazione del peso secco, da cui sono state ricavate la produttività volumetrica e quella areale per le colture in vasca.
Sono state effettuate prove di coltura in beuta con N a 75 e 50 mg/L per entrambi i ceppi in luce artificiale in batch. Sono state valutate le differenze di produttività su refluo e refluo addizionato di uno o più nutrienti in confronto anche con quella ottenuta sul mezzo minerale di controllo (BG11). Le produttività migliori sono state ottenute con l'aggiunta di tutti i nutrienti del BG11 tranne N e P (solo con il refluo urbano) per Scenedesmus Prod2 e con l'aggiunta di Mg (su refluo agricolo) o Fe (refluo urbano) per Scenedesmus 3PAV3. In base a tali risultati sono state allestite colture all'aperto in vasca con N a una concentrazione di 50 mg/L per ogni substrato di crescita(mezzo di controllo,
refluo e refluo con l'aggiunta del/dei nutriente/i), prima in batch (fino al raggiungimento di una concentrazione pari a 0,8-1 g/L) e poi in semicontinuo. Le produttività ottenute sono risultate relativamente basse per entrambi i ceppi (in media inferiori a 10 g/m2 giorno) sia su refluo che sul mezzo di controllo. Gli effetti dell'aggiunta dei nutrienti in termini di incremento di produttività sono risultati simili a quelli osservati in beuta per Scenedesmus Prod2, mentre per Scenedesmus 3PAV3 l'aggiunta del nutriente migliore nelle prove in beuta ha bloccato, in tempi più o meno lunghi, la crescita dell'alga. Per ottenere un incremento di produttività rispetto alla coltura su refluo non addizionato è stato quindi necessario integrare ulteriormente il mezzo con tutti gli altri nutrienti, come fatto per il ceppo Prod2. Sono state infine valutate le capacità dei ceppi di rimuovere i nutrienti (fosforo, azoto ammoniacale e nitrico) dal substrato. Le percentuali di rimozione di tutti i nutrienti dal refluo sono risultate molto alte per entrambi i ceppi, sia nella fase di coltura in batch che nella fase in semicontinuo.
I risultati ottenuti hanno dimostrato che i reflui sono un buon substrato per la crescita di Scenedesmus, e l'aggiunta di alcuni nutrienti permette di migliorare la produttività. Gli effetti di incremento di produttività sono risultati ceppo-dipendenti. Tuttavia, poiché il volume di coltura su cui sono state condotte le prove era piccolo (7 L) non è possibile estrapolare i risultati ottenuti ad applicazioni in campo industriale, senza condurre prove su volumi maggiori.

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1. INTRODUZIONE Negli ultimi anni, il vertiginoso aumento della popolazione mondiale ha portato a una richiesta sempre maggiore di acqua, una risorsa che pone forti limiti allo sviluppo a causa della sua diminuzione. Diventa così necessaria una corretta ed oculata gestione di questo bene, sempre più prezioso, e a tale fine sono stati fatti molti studi, in particolare sulla depurazione delle acque reflue derivanti dalle attività civili, agricole e industriali dell'uomo. È fondamentale evitare che le sostanze presenti in tali acque, sia in sospensione che in soluzione, vadano a inquinare le falde o i suoli. Se il refluo non subisce alcun trattamento prima di essere scaricato nei corsi d'acqua o in mare, provoca danni rilevanti quali l'eutrofizzazione delle acque, che consiste in una forte crescita della massa di alghe presente in un determinato corpo idrico e porta a un drastico impoverimento in ossigeno dovuto alla attività batterica che si svolge su tale massa organica prodotta, e l'aumento dei solidi in sospensione che causa una diminuzione di limpidezza delle acque. Secondo la definizione dell'Articolo 74 del Decreto Legislativo 152/2006, si intendono acque reflue urbane “acque reflue domestiche o il miscuglio di acque reflue domestiche, di acque reflue industriali ovvero meteoriche di dilavamento convogliate in reti fognarie, anche separate, e provenienti da 'agglomerato'”. Per acque reflue agricole si intendono gli effluenti di aziende agricole e allevamenti di bestiame. Dalla letteratura possiamo osservare ad esempio che un suino da ingrasso di circa 80 kg produce il 6,8% di peso vivo in deiezioni (Benvenuti, 2009). Tali reflui sono molto ricchi di sostanza organica, sali inorganici di P e N e solidi sospesi. I valori che si riscontrano non permettono lo scarico diretto in acque superficiali (limiti di legge NH 4 + ≤15 mg/L; N-NO 3 - ≤ 20 mg/L). Tradizionalmente, i reflui suinicoli vengono utilizzati come fertilizzanti, ma se tale procedimento non viene fatto correttamente si possono apportare molti danni all'ambiente, quali l'inquinamento delle falde e l'eutrofizzazione dei corpi idrici e del mare. Le alghe sono capaci di crescere in autotrofia ai bassi rapporti C/N presenti nei reflui animali e molte specie sono ben tolleranti all'inquinamento organico: esse vengono utilizzate da tempo nel processo di trattamento terziario per rimuovere N e P inorganico dalle acque di scarico (Oswald, 1989), tuttavia tali impianti non sono ancora molto diffusi. È stato scoperto che alcuni ceppi algali quale ad esempio Scenedesmus possono assimilare composti organici parzialmente degradati in condizioni di mixotrofia ed è stato proposto l'uso di tali microalghe come alternativa al trattamento secondario per rimuovere nutrienti e sostanza organica dal refluo (Hammouda et al. , 1994) ma il problema principale che si presenta è l'elevata concentrazione di urea, composti fenolici, acidi organici e altri elementi utilizzati nelle pratiche agro-industriali che possono inibire la crescita algale.

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