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Utilizzo dei flussi di scarto di impianti di depurazione per lo sviluppo di biomassa algale destinata alla produzione di biogas

Informazioni tesi

  Autore: Stefano Belloni
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2011-12
  Università: Università degli Studi di Milano - Bicocca
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Scienze e tecnologie per l'ambiente e il territorio
  Relatore: Valeria Mezzanotte
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 130

L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di verificare se sia possibile e vantaggioso integrare il processo di produzione di microalghe all’interno del ciclo di trattamento delle acque reflue. Come ceppi algali, sono stati scelti quelli di Chlorella, Scenedesmus e Botryococcus, la cui biomassa sarà poi utilizzata come substrato per il processo di digestione anaerobica.
La sperimentazione è stata condotta prima sull’effluente tal quale e successivamente miscelato in frazioni sempre crescenti con il surnatante di digestione anaerobica prelevato dalla nastropressa (chiarito).
Il presente lavoro di tesi si inserisce a valle di alcune prove preliminari svolte in batch, nelle quali si erano ottenute informazioni sulle modalità di crescita delle microalghe, ottenendo dati quantitativi sulle cinetiche di crescita delle diverse specie microalgali coltivate.
Per determinare la capacità delle microalghe nel produrre metano, è stata effettuata una prova per la determinazione del Potenziale Biochimico di Metanazione (B.M.P.).
Inoltre, ai fini della misura della crescita algale, sono state fatte delle misure di COD, mettendo poi in relazione i valori ottenuti, riferiti alla frazione particolata, con la concentrazione dei solidi sospesi totali (TSS) e dei solidi sospesi volatili (VSS). Infine, si è andati a valutare l’attività fotosintetica delle microalghe, mediante titolazione pH-stat, utilizzando il biosensore MARTINA (SPES, Fabriano).
Le prove riguardanti l’attività fotosintetica, sono risultate abbastanza soddisfacenti. Le prove sperimentali effettuate hanno dimostrato che è possibile accrescere diversi ceppi microalgali utilizzando correnti di processo derivanti da un impianto di trattamento delle acque, ottenendo tassi di crescita e di rimozione dell’azoto totale molto soddisfacenti. Ciò ha permesso di poter presentare al termine del presente lavoro di tesi alcune integrazioni impiantistiche utili alla coltivazione massiva delle microalghe a scopo energetico e di fitodepurazione, ottenendo certificati verdi per la produzione di energia rinnovabile.

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4 CAPITOLO 1: INTRODUZIONE La coltivazione delle microalghe a fini energetici è al centro di numerosi progetti pilota in tutto il mondo, grazie all’elevato potenziale di queste come materia prima per la produzione su vasta scala di biocombustibili di seconda generazione. Ciò può rappresentare una forte alternativa nell’ambito dell’identificazione di soluzioni rinnovabili per la produzione di energia ed un valido strumento per quanto riguarda il raggiungimento di una maggiore indipendenza dai combustibili fossili nella produzione di energia elettrica, termica e nell’autotrazione. Le microalghe sono importantissimi organismi vegetali unicellulari acquatici, presenti sulla terra già 1,5 miliardi di anni fa; come le piante superiori, sono organismi che crescono sfruttando l’energia solare e catturano l’anidride carbonica convertendola in carbonio organico e, quindi, in energia chimica. Sono, dunque, produttori primari. La loro crescita, può essere notevolmente più rapida di quella delle piante terrestri, il che porta ad una produzione assai maggiore di biomassa. Per questo motivo le microalghe sono oggetto di intensi studi in ambito energetico: appaiono, infatti, particolarmente idonee per l’assorbimento della CO 2 e per la produzione di biocombustibili, oltre che per altri usi comunque importanti, come la depurazione di acque reflue civili ed agro- zootecniche e per la produzione di molecole bioattive, fonte di antibiotici, antitumorali, antivirali, antiossidanti ed immunostimolanti a cui l’industria farmaceutica e cosmetica guardano con crescente interesse. Rispetto alle biomasse convenzionali, vi sono numerosi fattori che sulla carta giocano a favore delle microalghe: la loro produzione non è in concorrenza con quella agricola e forestale, non richiede pesticidi e non prevede nemmeno un rilevante consumo di acqua dolce. Le alghe, infatti, possono essere coltivate su terreni marginali o superfici acquatiche, utilizzando acqua salmastra oppure acque reflue derivanti da diversi usi. Inoltre, si riproducono con grande velocità e la massa di alcune microalghe è costituita fino al 50% in peso da lipidi e oli naturali, il che garantisce una produzione di biocarburanti, per unità di superficie, molte volte superiore alle migliori piante terrestri oggi comunemente utilizzate. Il processo più semplice per sfruttarne il contenuto energetico è l’invio a digestione anaerobica, che trasforma in biogas l’energia chimica immagazzinata nelle alghe. Questo processo può avvenire anche all’interno di digestori esistenti e di norma sottoalimentati come quelli presenti negli impianti di depurazione delle acque reflue.

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Parole chiave

biogas
scienze ambientali
microalghe
depurazione acque reflue

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