Indagine sperimentale per l'ottimizzazione della produzione in continuo di bioH2 via dark fermentation del siero di latte

The purpose of the following thesis is the study of the dark fermentation biological process aimed at the production of bioH2, aimed at optimizing the process and production yields. The process was carried out in a fully mixed reactor (CSTR) of 10 liters volume operating at 9 hours HRT and pH equal to 5.5. The temperature was varied during the experiment (36 ° C and 50 ° C) to find the optimal one. During the experimentation, in some cases, the formation of granules was observed. In mesophilic conditions and absence of granules the production yields were on average equal to 3.5 moles H2 / moles lactose for the period 1 and 1.6 moles H2 / moles lactose for the period 3 (periods having the same operating conditions); biogas production between 0.8 and 1.4 NL / h and between 0.5 and 1 NL / h respectively. Period 2 characterized, compared to the first and third, by the presence of granules in the reactor presented average yields of 1 mol H2 / lactose moles and biogas production between 0.3 and 0.7 NL / h. The temperature variation of the fourth period, on the other hand, had as its objective the evaluation of variations in production and bacterial growth; the transition to thermophilic conditions led to a sharp reduction both in hydrogen production yields, always lower than 0.2 mol H2 / lactose moles, and in biogas production, lower than 0.1 NL / h.

Lo scopo della seguente tesi è lo studio del processo biologico di dark fermentation finalizzato alla produzione di bioH2, mirato all’ottimizzazione del processo e delle rese di produzione. Il processo è stato condotto in un reattore completamente miscelato (CSTR) del volume di 10 litri operante a HRT di 9 ore e pH pari a 5,5. La temperatura è stata variata nel corso della sperimentazione (36 °C e 50 °C) per individuare quella ottimale. Nel corso della sperimentazione si è osservata, in alcuni casi, la formazione di granuli. In condizioni mesofile e assenza di granuli le rese di produzione sono state mediamente pari a 3,5 moli H2/moli lattosio per il periodo 1 e 1,6 moli H2/moli lattosio per il periodo 3 (periodi aventi le stesse condizioni operative); la produzione di biogas tra 0,8 e 1,4 NL/h e tra 0,5 e 1 NL/h rispettivamente. Il periodo 2 caratterizzato, rispetto al primo e al terzo, dalla presenza di granuli nel reattore ha presentato rese medie di 1 moli H2/moli lattosio e produzioni di biogas tra 0,3 e 0,7 NL/h. La variazione di temperatura del quarto periodo invece aveva come obiettivo la valutazione delle variazioni di produzione e di crescita batterica; il passaggio alle condizioni termofile ha determinato una forte riduzione sia delle rese di produzione di idrogeno, sempre inferiori a 0,2 moli H2/moli lattosio, sia della produzione di biogas, inferiore a 0,1 NL/h.