Polyphenol recovery from olive mill wastewater with polymeric adsorbers

This thesis work focuses on the treatment of wastewater from an industrial olive mill (OMW) using polymeric resins of different nature as adsorbent material, in order to remove the polyphenols from the water itself. In fact, due to their anti-microbiotic properties, polyphenols do not allow the treatment of OMW through a traditional biological process. Furthermore, polyphenols extracted from wastewater can have a second life in different industrial sectors, thanks to their anti-radical and antioxidant properties. The adsorbent polymeric resins were synthesized by free radical suspension polymerization, in order to obtain four different types of adsorbers with sizes such to allow the easy recovery of both the adsorbent material and the adsorbate after the treatment step. For this purpose, polymeric adsorbers functionalized with a negative charge, with a positive charge and two types of lipophilic particles were synthesized. In order to validate a working method for the treatment of wastewater, in the first instance the performances of the synthesized adsorbent material were tested on a solution of water and vanillin, much less complex than the olive mill wastewater. In fact, vanillin is often used in the literature as a reference standard for the characterization of polyphenols. Subsequently the adsorbent materials were also tested on industrial wastewater to have a check on the actual adsorbent capacity on a real case study. In order to recreate a work situation as close as possible to reality, a lab-scale continuous plant was realized, developing a possible layout for the wastewater treatment process. Both the vanillin solution and the industrial wastewater were treated in this plant, testing different operating conditions.

Questo lavoro di tesi si focalizza sul trattamento di acque di scarto provenienti da un frantoio industriale (OMW), utilizzando come materiale adsorbente delle resine polimeriche di diversa natura, al fine di rimuovere i polifenoli dalle acque stesse. I polifenoli infatti, a causa delle loro proprietà anti-microbiotiche, non permettono il trattamento delle OMW attraverso un processo biologico tradizionale. Inoltre, i polifenoli estratti dalle acque di scarto possono avere una vita successiva in diversi settori industriali, grazie alle loro proprietà anti-radicaliche e antiossidanti. Le resine polimeriche adsorbenti sono state sintetizzate con la tecnica della polimerizzazione radicalica in sospensione, al fine di ottenere quattro diverse tipologie di adsorbitori con dimensioni tali da permettere il facile recupero del materiale adsorbente e dell’adsorbito una volta terminato il trattamento. Allo scopo sono state sintetizzati materiali polimerici funzionalizzati con una carica negativa, con una carica positiva e due tipi di particelle lipofile. Al fine di validare un metodo di lavoro per il trattamento delle acque di vegetazione, in prima battuta le performance del materiale adsorbente sintetizzato sono state testate su una soluzione di acqua e vanillina, molto meno complessa rispetto all’acqua di vegetazione. La vanillina, infatti, è spesso utilizzata in letteratura come standard di riferimento per la caratterizzazione dei polifenoli. Successivamente, i materiali adsorbenti sono stati testati anche sulle acque di scarto industriali per avere un riscontro dell’effettiva capacità adsorbente su un caso di studio reale. Allo scopo di ricreare una situazione di lavoro il più fedele possibile alla realtà, è stato costruito un impianto in scala di laboratorio per il trattamento in continuo dell’OMW, sviluppando un possibile layout del processo di trattamento delle acque reflue. In tale impianto sono state trattate sia la soluzione di acqua e vanillina sia le acque di scarto industriali, testando differenti condizioni operative.