Prove di riduzione del cromo esavalente attraverso sistemi bio-elettrochimici

Hexavalent chromium is a heavy metal, present in many contaminated sites. The main causes of the presence of Cr (VI) in soil and groundwater are related to industrial activities but, mainly, to an incorrect waste management. n the studies present in the literature the existence of many micro-organisms resistant to chromium is documented and, in some cases, also able to reduce it. In this thesis, the possibility of removing Cr (VI) using a bioelectrochemical system (BES) was evaluated. This system exploits the action of a bacterial inoculum as a catalyst for the oxidation-reduction reactions occurring near two electrodes. Specifically, different testing methods were evaluated, trying to select the best conditions to promote this reduction. As far as the necessary instrumentation is concerned, a second potentiostat for the control of the potential at the working electrode (cathode) has been assembled, favoring the reduction of Cr (VI) to Cr (III), a less toxic species. After excluding possible chromium losses by adsorption on the reactor walls and on the surface of the electrode, tests were set up under conditions under anaerobic conditions, testing different inocula to the cathodic compartment (leaving the anodic compartment abiotic). In parallel with the BES tests, controls were set up, to be able to distinguish the purely electrochemical reduction from the biological one. From the tests carried out, it was highlighted how the use of a bioelectrochemical system, with an appropriate potential set at the working electrode, guarantees greater removal efficiency, compared to a purely chemical and biological process. The tests set up for this project are the starting point to continue the research on the application of this technology to in situ bioremediation. The next objective is the preparation of a bioelectrochemical system that works continuously, to exceed the limits of the tests in batches and approach a possible configuration for an application in the field.

Il cromo esavalente è un metallo pesante, presente in molti siti contaminati. Le cause principali della presenza del Cr(VI) nel suolo e nelle acque di falda sono legate ad attività industriali ma, principalmente, ad un’errata gestione dei rifiuti. Negli studi presenti in letteratura viene documentata l’esistenza di molti microrganismi resistenti al cromo e, in alcuni casi, anche in grado di ridurlo. In questo elaborato di tesi, è stata valutata la possibilità di rimuovere il Cr(VI) sfruttando un sistema bioelettrochimico (BES). Questo sistema sfrutta l’azione di un inoculo batterico come catalizzatore per le reazioni di ossido-riduzione che avvengono in prossimità di due elettrodi. Nello specifico si sono valutate differenti modalità di allestimento delle prove, cercando di selezionare le migliori condizioni per promuove tale riduzione. Per quanto riguarda la strumentazione necessaria è stato assemblato un secondo potenziostato per il controllo del potenziale all’elettrodo di lavoro (catodo), rendendo favorevole la riduzione del Cr(VI) a Cr(III), specie meno tossica. Dopo aver escluso possibili perdite di cromo per adsorbimento sulle pareti del reattore e sulla superficie dell’elettrodo, sono stati allestiti dei test in condizioni in condizioni anaerobiche, testando differenti inoculi al comparto catodico (lasciando abiotico il comparto anodico). In parallelo alle prove BES sono stati allestiti dei controlli, in modo tale da poter distinguere la riduzione prettamente elettrochimica da quella biologica. Dalle prove effettuate, è stato evidenziato come l’utilizzo di un sistema bioelettrochimico, con un opportuno potenziale impostato all’elettrodo di lavoro, garantisca maggiori efficienze di rimozione, rispetto ad un processo puramente chimico e biologico. Le prove allestite per questo elaborato sono il punto di partenza per proseguire la ricerca sull’applicazione di questa tecnologia al biorisanamento in situ. Il prossimo obiettivo è l’allestimento di un sistema bioelettrochimico che lavori in continuo, in modo tale da superare i limiti delle prove in batch e avvicinarsi ad una possibile configurazione per un’applicazione in campo.