REMTECH EXPO DEGREE & PhD AWARD 2023

La presente tesi di dottorato ha avuto lo scopo di valutare il biorisanamento come tecnica efficace e ad elevato potenziale per il risanamento di terreni e acque contaminate da idrocarburi.  In particolare, mira a sviluppare un approccio sostenibile per il trattamento efficace ed efficiente della contaminazione di idrocarburi al suolo basato sul bioslurry e sul trattamento elettrochimico microbico (MET).
Lo studio è partito dall’analisi della biodegradazione degli idrocarburi nella matrice suolo, utilizzando diversi stimolanti esterni come nutrienti, fanghi attivi, tensioattivi sintetici e ramnolipidi a catena lunga. La combinazione di fanghi attivi, nutrienti e biosurfattanti ha mostrato una riduzione del 79,4% degli idrocarburi dopo dieci giorni nell’esperimento su mesocosmo.
È stato poi studiato un sistema di reattori con diamante drogato al boro come anodo, basato sull’elettro-fenton, e processi biologici guidati da ramnolipidi a catena lunga. La combinazione dei sistemi ha portato a un tasso di degradazione degli idrocarburi del 93,6% in 72 ore, il 40% in più rispetto a un singolo sistema, grazie a eccellenti effetti sinergici.
Attraverso il trattamento elettrochimico microbico (MET) si è poi studiato l’impatto dei biosurfattanti ramnolipidi sulla degradazione degli idrocarburi petroliferi. I risultati hanno mostrato che i biosurfattanti aumentano la generazione di bioelettricità e inducono l’arricchimento microbico, rivelando nuove conoscenze sulla regolazione dei ramnolipidi (Fig. 1).
L’aggiunta di biochar di paglia di riso al trattamento MET a doppia camera ha mostrato un miglioramento significativo dell’efficienza di biodegradazione e della produzione di elettricità degli idrocarburi dal suolo inquinato. Tuttavia, un uso eccessivo di biochar ha causato effetti negativi, con un’efficienza di trasferimento di elettroni extracellulari diminuita dell’87,5% rispetto alla dose di biochar.
In conclusione, lo studio ha valutato il ciclo di vita delle prestazioni ambientali del trattamento del bioslurry e del MET con risultati che hanno mostrato come i sistemi bioelettrochimici delle opzioni di trattamento MET presentino l’opzione più favorevole dal punto di vista ambientale rispetto al processo di trattamento del bioslurry, grazie alla compensazione dei carichi ambientali dagli impatti evitati.

Definizioni
Bioslurry: insieme di tecnologie biologiche per il trattamento di liquidi provenienti da terreni contaminati da agenti inquinanti. La tecnica può avvenire sia on site sia off site
Mesocosmo: consiste nel coprodurre determinate specie di organismi e microrganismi, aventi caratteristiche affini o complementari, nel medesimo ambiente di coltura o bioreattore.
Processo Elettro-Fenton (EF): deriva dal classico Fenton, con la produzione di catalizzatori o reagenti da reazioni elettrochimiche indotte dal campo elettrico. Il processo Fenton è utilizzato per il trattamento di una varietà di reflui industriali e si basa sulla interazione, in ambiente acquoso, tra acqua ossigenata e ioni di ferro ferroso. In queste condizioni, condotte ad un pH acido (3-4), si ottiene la formazione di radicali ossidrilici dotati di un elevatissimo potere ossidante.
Ramnolipidi: sono tensioattivi microbici che fanno parte dei glicolipidi prodotti da P. aeruginosa e fanno parte dei surfattanti di origine microbica o biosurfattanti. Hanno un gruppo glicosilico (ramnosio) e una coda costituita da un acido grasso (es. acido 3-idrossidecanoico).
Biochar: materiale carbonioso ottenuto per degradazione termica (pirolisi di biomassa, sia di origine animale che vegetale.