Integrazione di microalghe nei processi di trattamento delle acque reflue : prove di pretrattamento e prove di crescita della biomassa algale

Microalgae cultivation integrated inside wastewater treatment processes is a promising strategy for both pollutant removal and biomass production, that can be converted in bioenergy. Anaerobic digestion is considered the most direct and efficient route to obtaining biofuels from microalgae. However anaerobic digestion is not straight forward due to several technical restraints, above all the recalcitrant substrate constituents and the cell wall degradability. Biomass pretreatments are thus required to enhance the final methane yield, unfortunately the results obtained by pretreated microalgae are deeply variable and poorly understood, due to the substrate’s inter-specific variability. The first objective of this research is to evaluate the effects of pretreatments on different algal populations and which of these effects actually contribute on biodegradability enhancement. The second aim is to evaluate the feasibility of E. gracilis growth on slaughterhouse wastewater. To achieve the first goal a protocol of measurements both on microscopic and macroscopic scale has been developed that also included a final BMP test. Specific effects of pretreatments on different substrates has been observed and different measurements has been aggregated to create some markers able to describe the modifications occurred due to the pretreatments. Data shows that neither cell wall partial hydrolysis nor solubilisation of internal metabolites increase final methane yield, while fragmentation and size reduction seem to have a positive effect. However, pretreatments on Scenedesmus obliquus and on mixed population didn’t enhance final methane yield. Due to its high biodegradability and the positive effects of chemical pretreatments, E. gracilis has proven to be a promising substrate to anaerobic digestion. For this reason, its growth on wastewater has been studied. Two batch experiments has been conducted to compare E. gracilis’ growth on medium with its growth on wastewater. Data shows that wastewater characteristics inhibited algal growth. However, more experiments are needed to better understand optimum growth condition and the feasibility of the specie’s cultivation on wastewaters.

La coltivazione di microalghe integrata nei processi di trattamento delle acque reflue rappresenta una promettente strategia per la rimozione di inquinanti dalle acque e per la contemporanea produzione di biomassa, che può essere successivamente convertita in bioenergia tramite digestione anaerobica. Tuttavia la bassa biodegradabilità del substrato rende necessaria l’applicazione di pretrattamenti, a seguito dei quali si rileva una grandissima variabilità in termini di resa metanigena conseguita. Le sperimentazioni effettuate nell’ambito del presente lavoro di tesi si prefiggono come obiettivo quello di valutare l’effetto dei pretrattamenti su diverse popolazioni algali e l’integrazione della specie E. gracilis nei processi di depurazione delle acque reflue. Per conseguire il primo obiettivo è stato sviluppato un protocollo analitico che ha previsto l’esecuzione di misure sia su scala microscopica che macroscopica ed una prova finale di BMP al fine di studiare gli effetti specifici di ogni pretrattamento su popolazioni algali differenti e ricercare una misura in grado di predire l’incremento nella resa metanigena a prescindere dalla popolazione pretrattata. Aggregando le misure effettuate è stato possibile costruire dei macroindicatori per comprendere gli effetti dei pretrattamenti su popolazioni algali differenti e descrivere le modalità di azione di ogni pretrattamento. I risultati ottenuti indicano che i pretrattamenti risultati efficaci non hanno provocato l’idrolisi della parete cellulare né il rilascio di metaboliti interni, bensì hanno reso biodisponibile il materiale più lentamente biodegradabile. In generale i campioni pretrattati hanno mostrato uno scarso incremento nella produzione di metano: né i pretrattamenti su popolazione mista, né i pretrattamenti sulle alghe della specie Scendesmus obliquus si sono rivelati efficaci. Data la buona degradabilità di partenza e quella conseguita a seguito di pretrattamenti chimici del campione di Euglena gracilis, il secondo obiettivo della sperimentazione ha previsto l’esecuzione di due prove di coltivazione in batch della specie E. gracilis, per valutarne la crescita su refluo proveniente da macellazione; i risultati ottenuti mostrano che la crescita su refluo è stata fortemente inibita. Si rendono tuttavia necessarie ulteriori prove per una valutazione più completa.