Studio dell'ottimizzazione dei parametri operativi di sistemi microalgali su scala pilota per il trattamento delle acque reflue urbane

Improving the ecological status of water sources is a greater goal for many developed and developing nations. In recent years, microalgae and bacteria have received great interest for their implementation in wastewater treatment. This is due to the desire to seek new sustainable technologies with reduced environmental impacts. This thesis aims to ascertain scientific studies already undertaken in this field and evaluate the most ideal operating conditions for optimizing the culture of the microalgae-bacteria consortium with the aim of making wastewater purification more efficient. Below is a detailed overview of the current state of the art about the use of microalgae in wastewater treatment, describing the various abiotic and biotic factors that influence the wastewater treatment of microalgae. The experimentation, already carried out in previous years, is resumed, with the aim of comparing and identifying any margins for improvement in the efficiency of the removal of pollutants by microalgae. For this, a pilot plant was used at an urban wastewater treatment plant on the outskirts of Milan, which allowed to study the behavior of a microalgae-bacteria consortium. The microalgae culture takes place in the liquid fraction of the digestate coming from dehydration by centrifugation in the sludge line, developed within an open artificial system called raceway. The results obtained from this experimentation gave partly positive results but also highlighted problems that are very often linked to these types of systems. Where there were no technical problems, an improvement in the performance of the microalgae-bacteria consortium was observed. However, when the reactor was out of proper operation, not only was a decrease in performance but also in the possible environmental impacts generated by the release of NH3. Unfortunately, the tools available for measuring this have been found to be inefficient.

Il miglioramento dello stato ecologico delle fonti d'acqua, in particolare la riduzione dell'azoto e del fosforo negli effluenti delle acque reflue, è un obiettivo crescente per molte nazioni sviluppate e in via di sviluppo. Negli ultimi anni, le microalghe e i batteri hanno ricevuto grande interesse per la loro implementazione nel trattamento delle acque reflue. Ciò è dovuto al desiderio di cercare nuove tecnologie sostenibili dagli impatti ambientali ridotti. La presente tesi vuole proseguire studi scientifici già intrapresi in questo campo e valutare le condizioni operative più adeguate per un’ottimizzazione della coltura del consorzio microalghe-batteri con il fine di rendere più efficiente la depurazione delle acque reflue. In seguito viene fornita una panoramica dettagliata dello stato dell'arte attuale sull'uso delle microalghe nel trattamento delle acque reflue, in cui vengono descritti i vari fattori abiotici e biotici che influenzano il trattamento delle acque reflue delle microalghe. Viene ripresa la sperimentazione, già realizzata negli anni precedenti, con il fine di confrontare e individuare eventuali margini di miglioramento nell’efficienza di rimozione di inquinanti da parte delle microalghe. Per questo, ci si è avvalso di un impianto pilota presso un impianto di trattamento delle acque reflue urbane nella periferia di Milano, che permettesse di studiare il comportamento di un consorzio microalghe-batteri. La coltura delle microalghe avviene nella frazione liquida del digestato proveniente dalla disidratazione mediante centrifuga nella linea fanghi, sviluppato all’interno di un sistema artificiale aperto detto raceway. I risultati ottenuti da questa sperimentazione hanno dato esiti in parte positivi ma hanno anche evidenziato problematiche che molto spesso sono legate a questi tipi di impianti. Là dove non ci sono stati problemi tecnici, si è osservato un miglioramento delle prestazioni del consorzio microalghe-batteri. Tuttavia, nel momento in cui il reattore non funzionava correttamente, non solo si è visto una diminuzione delle prestazioni ma anche dei possibili impatti ambientali generati dal rilascio di NH3. Purtroppo, gli strumenti a disposizione per la misurazione di questa si sono trovati poco efficienti.