RE-EVALUATION OF ANIMAL WASTE AS POSSIBLE CLAY MODIFIERS TO IMPROVE PIG REARING MANURE TREATMENT

Heavy metal pollution from agricultural waste is of significant concern. Zinc and copper are common pollutants intentionally present in pig manure. Absorption via sorbent can remove these pollutants from manure. Clays and organoclays represent one of the most well-known and used sorbents. In this thesis project, both pristine Ca-montmorillonite (STx) and protein-functionalized Ca-montmorillonite (STx-HY) are tested as sorbents for Zn and Cu capture. Protein-functionalised organoclay were obtained by treating Ca-montmorillonite with collagen hydrolysate (HY), the byproduct of the leather tanning process (supplied by Ilsa group). Two hydrolysed amino acid mixtures, A3001 (A), and DE5032 (DE) were studied. STx-HY synthesis was performed via a solid/liquid adsorption in mild conditions. The HY content in STx-HY was evaluated by COD, while ICP-OES was applied to determine captured Zn and Cu. Organoclay characteristics were evaluated with XRD and TG-DTG analysis which confirmed modifications to the clay interlayer. Concerning STx modification, an uptake plateau was found corresponding to a loading concentration of 0.44-0.5 mmol HY/gSTx. HY immobilization seemingly occurs in two-steps, apparently involving intercalation, as suggested by the progressive shift of the d001 towards lower angles in XRD analysis, as well as a surface adsorption process. The metal uptake efficiencies of clay and organoclays were tested in solutions simulating the concentration of Cu and Zn in weaning pig’s manure. Near total capture was verified at 0.06 mmolCu/gSTx-A regardless of sorbent. At 0.38 mmolCu/gSTx, a larger Cu capture occurs on increase of HY loadings concentration and at 2.00 mmolCu/gSTx site saturation is reached for both hydrolysates, corresponding to a maximum Cu capture of 0.47mmolCu/gSTxA and 0.6 mmolCu/gSTxDE. STx-HY were not effective to capture Zn2+ compared to pristine STx.

L'Inquinamento causato da metalli pesanti da rifiuti agricoli è motivo di notevole preoccupazione. Lo Zinco e il Rame sono inquinanti comuni presenti nel letame suino. L'assorbimento tramite un assorbente è un modo di rimuovere questi inquinanti dal letame. Le argille e le organoargille rappresentano uno degli assorbenti più utilizzati. In questa tesi, sia la Ca-montmorillonite pura che Ca-montmorillonite funzionalizzata con proteine (STx-HY) sono state provate come sorbenti per la cattura di Zn e Cu. L'organoargilla funzionalizzata con proteine è stata ottenuta trattando la Ca-montmorillonite con idrolizzato di collagene (HY) ottenuto come sottoprodotto dal processo di concia delle pelli (Fornito dal gruppo ILSA). Sono state studiate due miscele di aminoacidi idrolizzati, A3001 (A) e DE5032 (DE). La sintesi di STx-HY è stata eseguita tramite adsorbimento solido/liquido in condizioni normali. Il contenuto di HY in STx-HY è stato valutato mediante COD, mentre ICP-OES è stato applicato per determinare Zn e Cu catturati. Le caratteristiche dell'organoargilla sono state valutate con analisi XRD e TG-DTG per confermare le modifiche allo strato intermedio di argilla. Per quanto riguarda la modificazione di STx, è stato riscontrato un plateau di assorbimento corrispondente ad una concentrazione di carico di 0.44-0.5 mmol/gSTx. L'immobilizzazione dell'HY apparentemente avviene in due fasi, tramite intercalazione come suggerito dal progressivo spostamento del d001 verso angoli inferiori nell'analisi XRD, nonché un processo di adsorbimento superficiale. Le efficienze di assorbimento dei metalli da parte dell'argilla e delle organoargille sono state testate con soluzioni che simulavano la concentrazione di Cu e Zn nel letame dei suini svezzati. La cattura quasi totale è stata verificata a 0.06 mmolCu/gSTx-A indipendentemente dall'adsorbente. A 0.38mmolCu/gSTx, si verifica una cattura maggiore di Cu all'aumento della concentrazione dei carichi di HY e a 2.00 mmolCu/gSTx viene raggiunta la saturazione del sito per entrambi gli idrolizzati, corrispondente ad una cattura massima di Cu di 0.47 mmolCu/gSTxA e 0.6mmolCu/gSTxDE. Gli STx-HY non erano efficaci nel catturare Zn rispetto a STx puro.