Applicazioni di pretrattamenti enzimatici su fanghi di depurazione delle acque reflue per la produzione di BioH2

For the last 20 years a hydrogen economy has been proposed to solve the problems caused by the use of the fossil fuel and the opportunities and the challenges of introducing hydrogen as a renewable energy in the transport sector have been highlight from an economic, technical and environmental point of view. There are different processes by which hydrogen could be produced and a very promising one is the biological process of dark fermentation. In this thesis the Biohydrogen potential production (BHP) from wastewater sludge was studied by dark fermentation in an anaerobic batch reactor. Sludge was collected by wastewater treatment plant of S.M.A.T. located in Castiglione Torinese (TO) and was heat-treated in order to eliminate methanogenic bacteria. The maximum yield of hydrogen production (31,07 ml H2/g SV) was obtained with primary sludge used as substrate. The effect of enzymatic pre-treatment of the sludge was subsequently investigated, which could enhance anaerobic biodegradability: 2µl and 20µl of α-amylase from Bacillus licheniformis and cellulase from Trichoderma reesei have been used for 2 and 4 hours of treatment. The experimental work showed that the enzymatic pre-treatment is not a successfully pre-treatment because the increase of the production was only 1,25%. The microbial analysis of two colonies, isolated from digested sludge, using rDNA 16s sequencing, suggested that both of them were Clostridium perfringes species: this result is in accordance with many studies which show that heat treatment strategy selects for Clostridium spp., an efficient hydrogen producer. In particular C. perfringers has a [Fe-Fe]-hydrogenase of the M3 structure and enzymes from this group are known to be directly involved in H2 production.

Negli ultimi 20 anni è stata proposta un'economia basata sull'idrogeno per risolvere i problemi causati dall'utilizzo dei carburanti di origine fossile e le opportunità e le sfide che derivano dall'introduzione dell'idrogeno come energia rinnovabile nel settore del trasporto sono state evidenziate dal punto di vista economico, tecnico e ambientale. Sono presenti diversi processi mediante i quali l'idrogeno può essere prodotto e uno particolarmente promettente è il processo biologico di dark fermentation. In questa tesi il potenziale di produzione dell'idrogeno (BHP) dai fanghi di depurazione delle acque reflue è stato studiato con l'utilizzo della dark fermentation in anaerobiosi servendoci di reattori in batch. Il fango è stato raccolto dall'impianto di trattamento delle acque reflue di S.M.A.T. di Castiglione Torinese (TO) ed è stato trattato termicamente per eliminare gli archea metanigeni. La massima resa di produzione dell'idrogeno (31,07 ml H2/g SV) è stata ottenuta utilizzando il fango primario come substrato. Successivamente è stato analizzato l'effetto di pretrattamenti enzimatici sul fango che potrebbero aumentare la biodegradabilità anaerobica: sono stati utilizzati 2µl e 20µl di α-amilasi da Bacillus licheniformis e di cellulasi da Trichoderma reesei, per un tempo di trattamento di 2 e 4 ore. La sperimentazione mostra che il pretrattamento enzimatico non porta a risultati soddisfacenti in quanto l'incremento della produzione è stato soltanto dell'1,25%. L'analisi microbica delle due colonie, isolate dal fango digestato, mediante sequenziamento del rDNA 16s ha mostrato che entrambe appartengono alla specie di Clostridium perfringens: questo risultato è in linea con molti studi che mostrano come il trattamento termico selezioni specie Clostridium, un efficiente idrogeno produttore. In particolare C. perfringens ha una [Fe-Fe]-idrogenasi con struttura M3 e gli enzimi di questo gruppo sono noti per essere direttamente coinvolti nella produzione di H2