Rosetta Lamboglia

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II

SCUOLA POLITECNICA E DELLE SCIENZE DI BASE

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, EDILE E AMBIENTALE

CORSO DI STUDIO MAGISTRALE IN INGEGNERIA PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO Classe delle Lauree Magistrali in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio (classe LM35)

Tesi di Laurea

INDAGINI SPERIMENTALI VOLTE ALLA VALORIZZAZIONE DELLE ACQUE DI VEGETAZIONE A MEZZO DI PROCESSI BIOLOGICI ANAEROBICI

Relatore:

Ch.mo Prof. Ing. Francesco Pirozzi Candidata:

Rosetta Lamboglia M67000302 Correlatore:

Dott. Ing. Vincenzo Luongo

PRODUZIONE DELL’OLIO DI OLIVA

PROCESSI BIOLOGICI

ANAEROBICI

LE ACQUE DI VEGETAZIONE

VOLUMI PRODOTTI

COMPOSIZIONE CHIMICA COMPLESSA E VARIABILE DIPENDENTE DA MOLTI FATTORI:

• Condizioni climatiche, geografiche e pedologiche del terreno in cui si trova l’uliveto;

• Varietà delle olive;

• Impiego e tipo di fertilizzanti;

• Grado di maturazione e conservazione delle drupe;

• Età della pianta;

• Sistema di estrazione dell’olio.

Processo OMW (kg/100kgOlive)

Tradizionale ^80-100

Tre – fasi ^100-120

Due – fasi ⁰

PROCESSI BIOLOGICI ANAEROBICI IMPIEGATI DURANTE LA SPERIMENTAZIONE

DIGESTIONE

ANAEROBICA

PROCESSI BIOLOGICI ANAEROBICI IMPIEGATI DURANTE LA SPERIMENTAZIONE

DARK

FERMENTATION

DIGESTIONE ANAEROBICA

DARK FERMENTATION DIGESTIONE

ANAEROBICA

DARK FERMENTATION

F/M = 0,5

F/M > 2

RAPPORTO OTTIMALE TRA SUBSTRATO E MICRORGANISMI

CRITICITÀ IMPIEGO ACQUE DI VEGETAZIONE NEI PROCESSI BIOLOGICI

IDROSSITIROSOLO TIROSOLO OLEUROPEINA

ELEVATA CONCENTRAZIONE DI POLIFENOLI

CARICO ORGANICO ELEVATO pH ACIDO

ELEVATA CONCENTRAZIONE DI ACIDI GRASSI VOLATILI

CARATTERIZZAZIONE DELLE MATRICI IMPIEGATE

CAMPIONE C 1bis C 2 C 5bis

C

39,60 31,41 35,46 [g/l]

C

32,34 24,22 30,11 [g/l]

COD 71,01 64,93 60,49 [ g

/l]

Solidi Totali Solidi Volatili

COD

ESSICCAMENTO STUFA, 105°C, 24 h

INCENERIMENTO MUFFOLA, 550°C, 2-3 h

METODO COLORMETRICO

CICLO CONTINUO – Post centrifugazione

CICLO CONTINUO – Post filtrazione

CICLO

TRADIZIONALE

DIGESTATO

C ST 67,26 [g/l]

C ^SV 46,9 [g/l]

COD 69,41 [ g ^O2 /l]

• BOTTIGLIE IN VETRO BOROSILICATO 500 mL (V LAVORO = 400-250 mL)

• CHIUSURA ERMETICA CON TAPPI A VITE

• REGIME BATCH

• CONDIZIONI ANAEROBICHE

• CONDIZIONI MESOFILE (T = 35-37°C)

CARATTERISTICHE DEI REATTORI E CONDIZIONI OPERATIVE

PRETRATTAMENTO TERMICO INOCULO, 105°C, 1,5 h

PARAMETRI MONITORATI E STRUMENTAZIONE ULTILIZZATA

PARAMETRI

MONITORATI E

STRUMENTAZIONE

ULTILIZZATA

PIANO SPERIMETALE

SET I - DIGESTIONE ANAEROBICA

SET II - DARK FERMENTATION

SET III - DARK FERMETATION

SET IV - CO-FERMENTATION

SET V - CO-DIGESTIONE

SET I - DIGESTIONE ANAEROBICA

C1BIS C2

C5BIS

NUMERO

REATTORI 8

F/M 0,5

DURATA 52 giorni

CAMPIONI C1BIS, C2, C5

VOLUME 400 mL

0,0 1000,0 2000,0 3000,0 4000,0 5000,0

0 10 20 30 40 50

[ mL]

[

giorni

PRODUZIONE BIOGAS E METANO SET I

BIOGAS_C1bis CH4_C1bis BIOGAS_C2 CH4_ C2 BIOGAS_C5 CH4_C5

SET I - DIGESTIONE ANAEROBICA

5977,50

6035,05

3704,54

0,00 2000,00 4000,00 6000,00 8000,00

[mL CH

/L]

mLCH ₄ /L PRODOTTI NEL SET 1 IN FUNZIONE DEL

CICLO DI ESTRAZIONE DELL'OLIO D'OLIVA

CICLO TRADIZIONALE CICLO

CONTINUO

SET I - DIGESTIONE ANAEROBICA

0 2000 4000 6000 8000 10000

1 2 3 4 7 8 9 1114161821232528303235

[mg/l]

[giorni]

CONCENTRAZIONE VFAS DA1

A.Citrico A.Acetico A.Butirrico A.Propionico A.Lattico A.Formico A.Isovalerico

0 2000 4000 6000 8000 10000

1 2 3 4 7 8 9 1114161821232528303235

[mg/l]

[giorni]

CONCENTRAZIONE VFAS DA3

A.Citrico A.Acetico A.Butirrico A.Propionico A.Lattico A.Formico A.Isovalerico

0 2000 4000 6000 8000 10000

1 2 3 4 7 8 9 1114161821232528303235

[mg/l]

[giorni]

CONCENTRAZIONE VFAS DA5

A.Citrico A.Acetico A.Butirrico A.Propionico A.Lattico A.Formico A.Isovalerico

4 5 6 7 8 9 10

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

pH

GIORNI

ANDAMENTO pH

DA1 DA2 DA3 DA4 DA5 DA6

SET II - DARK FERMENTATION

F/M= 5

F/M= 10 F/M= 2

NUMERO

REATTORI

8

F / M

10, 5, 2

DURATA

7 – 9 giorni

CAMPIONI

C1BIS

VOLUME

250 mL

0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

[ ml ]

[ giorni]

PRODUZIONE BIOGAS E IDROGENO SET II

BIOGAS_F/M = 2

H2_F/M = 2

BIOGAS_F/M = 5

H2_F/M = 5

BIOGAS_F/M = 10

H2_F/M = 10

362,75

1008,43 1036,17

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00

[mLH2/L]

mLH

/L PRODOTTI NEL SET II AL VARIARE DEL RAPPORTO

F/M

SET II - DARK FERMENTATION

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00 25000,00

0 1 2 3 4 7 8 9

[mAU*min]

[mg/L]

CONCENTRAZIONE VFAS DF5

A. Acetico A. Lattico

Area picco IGNOTO HPLC

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00 25000,00

0 1 2 3 4 7 8 9

[mAU*min]

[mg/L]

CONCENTRAZIONE VFAS DF6

A. Acetico A. Lattico

Area picco IGNOTO HPLC

0,005,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00 25000,00

0 1 2 3 4 7 8 9

[mAU*min]

[mg/L]

CONCENTRAZIONE VFAS DF7

A. Acetico A. Lattico

Area picco IGNOTO HPLC

4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00

0 1 2 3 4 7 8 9

[pH]

[giorni]

ANDAMENTO pH

DF5 DF6 DF7

SET III - DARK FERMETATION

SIERO LATTE

C

52,47 [g/l]

C

44,51 [g/l]

COD 72,375 [ g

/l]

SET III - DARK FERMETATION

NUMERO

REATTORI

8

F / M

10 ,5 ,2

DURATA

8 giorni

CAMPIONI

SIERO DEL LATTE

VOLUME

250 mL

0,00 5000,00 10000,00 15000,00 20000,00 25000,00

0 1 2 5 6 7

[mg/L]

[giorni]

PRODUZIONE ACIDO LATTICO

DFS1 DFS2 DFS3 DFS4 DFS5 DFS6 0,00

1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

1 2 5 6 7

[pH]

[giorni]

ANDAMENTO pH

DFS1 DFS2 DFS3 DFS4 DFS5 DFS6 0,0

200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

[ ml ]

[ giorni]

PRODUZIONE BIOGAS SET III

GAS_F/M = 2 H2_F/M = 2 GAS_F/M = 5 H2_F/M = 5 GAS_F/M = 10 H2_F/M = 10

SET IV - CO-FERMENTATION

NUMERO

REATTORI

8

F / M

2

DURATA

7 giorni

CAMPIONI

C1BIS + SIERO DEL LATTE

VOLUME

250 mL

COD1 – COD2 COD3 – COD4 COD5 – COD6

OMW + 5% SIERO LATTE OMW + 10% SIERO LATTE OMW + 20% SIERO LATTE

SET IV - CO-FERMENTATION

-100,0 100,0 300,0 500,0 700,0 900,0 1100,0 1300,0 1500,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

[ mL ]

[ giorni]

PRODUZIONE BIOGAS E IDROGENO SET IV

BIOGAS_AV + 20 % SIERO H2_AV + 20% SIERO BIOGAS_AV + 10% SIERO H2_AV + 10% SIERO BIOGAS_AV + 5% SIERO H2_AV + 5% SIERO

1036,17

335,35

1308,22

2104,24

0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00

[mLH2/L]

CONFRONTO mLH ₂ /L PRODOTTI

NEI SET II E IV

ACQUE DI VEGETAZIONE

+

20% SIERO LATTE

SET IV - CO-FERMENTATION

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

0,00 2000,00 4000,00 6000,00 8000,00 10000,00

1 2 3 4 7

[mAU*min]

[mg/L]

[giorni]

CONCENTRAZIONE VFAS

COD2_O+S5%

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

0,00 2000,00 4000,00 6000,00 8000,00 10000,00

1 2 3 4 7

[mAU*min]

[mg/L]

[giorni]

CONCENTRAZIONE VFAS COD4_O+S10%

A. Formico A. Acetico A. Butirrico Area picco IGNOTO I HPLC Area picco IGNOTO II HPLC

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

0,00 2000,00 4000,00 6000,00 8000,00 10000,00

1 2 3 4 7

[mAU*min]

[mg/L]

[giorni]

CONCENTRAZIONE VFAS

COD6_O+S20%

5,00 5,40 5,80 6,20 6,60 7,00 7,40

0 1 2 3 4 7

[pH]

[giorni]

ANDAMENTO pH

COD1_0+S5%

COD2_O+S5%

COD3_O+S10%

COD4_O+S10%

COD5_O+S20%

COD6_O+S20%

SET V - CO-DIGESTIONE

NUMERO

REATTORI

4

F / M

0,5

CAMPIONI

C1BIS (SET I) , C1BIS + SIERO (SET V)

VOLUME

400 mL

294,75

589,01

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

[mLCH4/L]

CONFRONTO mLCH ₄ /L PRODOTTI NEL SET SPERIMENTALE I E V

0 50 100 150 200 250 300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

[ mL]

[ giorni]

CONFRONTO PRODUZIONE METANO TRA SET I E SET V

CH4_AV + 20% SIERO LATTE

CH4_AV

CONCLUSIONI

• Le acque di vegetazione provenienti da ciclo continuo sono risultate più produttive in termini di valorizzazione energetica della biomassa utilizzata;

• La co-fermentazione delle OMW e del siero del latte è risultata maggiormente produttiva utilizzando il 20% di siero del latte;

• L’utilizzo di siero del latte quale co-substrato è risultato inefficace al fine di

incrementare le cinetiche di degradazione dei batteri metanigeni nel caso

della co-digestione anaerobica.

GRAZIE

PER

L’ATTENZIONE