Università degli Studi di Napoli Federico II Scuola Politecnica e delle Scienze di Base

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Gabriella Filippi
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sistemi di fermentazione biologica a colture sospese e adese alimentati con reflui caseari

1 Università degli Studi di Napoli Federico II Scuola Politecnica e delle Scienze di Base Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale Produzione di acido lattico in sistemi di fermentazione biologica a colture sospese e adese alimentati con reflui caseari Relatore Prof. Ing. Francesco Pirozzi Correlatore Ing. Vincenzo Luongo Candidato Elisabetta Punzo M67/273

Prodotti e sottoprodotti dell industria lattiero-casearia Tavola L01 - Numero di unità produttive

Dettaglio per regione - Anno 2014 - Regioni Centrali del latte Aziende agricole Enti cooperativi

D'AOSTE LOMBARDIA 132 9 81 18 240 LIGURIA 9 1 1 1 12 TRENTINO-ALTO ADIGE 12 1 19-32 BOLZANO/BOZEN

129 35 189 10 363 TOTALE NORD 459 52 386 50 947 CENTRO TOSCANA 40 2 6 4 52 UMBRIA 19 - - 1 20

MOLISE 33 1 3 1 38 CAMPANIA 320 11 13 18 362 PUGLIA 221 4 4 7 236 BASILICATA 40 5 1 2 48 CALABRIA

2 Prodotti e sottoprodotti dell industria lattiero-casearia Tavola L01 - Numero di unità produttive operanti nel settore lattiero-caseario, per tipo. Dettaglio per regione - Anno Regioni Centrali del latte Aziende agricole Enti cooperativi agricoli Centri di raccolta Totale NORD PIEMONTE VALLE D'AOSTA/VALLÉE D'AOSTE LOMBARDIA LIGURIA TRENTINO-ALTO ADIGE BOLZANO/BOZEN TRENTO VENETO FRIULI-VENEZIA GIULIA EMILIA-ROMAGNA TOTALE NORD CENTRO TOSCANA UMBRIA MARCHE LAZIO TOTALE CENTRO MEZZOGIORNO ABRUZZO MOLISE CAMPANIA PUGLIA BASILICATA CALABRIA SICILIA SARDEGNA TOTALE MEZZOGIORNO siero scotta latticello TOTALE Campania ton

3 Obiettivo della tesi Produzione di acido lattico a partire da biomasse di scarto (reflui caseari); Mitigazione dell impatto ambientale ad essi collegato.

4 Fermentazione biologica Conversione fermentativa anaerobica di substrati organici in biogas, VFAs ed EtOH; Richiede un substrato ricco in carboidrati. Carboidrati Proteine Lipidi Amminoacidi Acidi grassi Monosaccaridi IDROLISI ACIDOGENESI Acidi organici H 2 ACETOGENESI Acido acetico METANOGENESI CH4 CO2

5 Prodotti della fermentazione C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O 12H 2 +6CO 2

6 Tipologie di fermentazione lattica Fermentazione Omolattica Fermentazione Eterolattica

7 Tecnologie reattoristiche utilizzate Strutture fioccose in sospensione; I microrganismi lavorano con la stessa velocità. Pellicola biologica adesa a supporti inerti; Biofilm a contatto con l acqua che contiene il substrato da degradare.

8 Gestione dei reattori biologici Supporti inerti: Kaldnes K1 Produzione e composizione di H 2 ; ph; COD; VFAs e acido lattico. Gas Cromatografia; ph-metro; Ossidazione chimica; HPLC.

9 Strumentazione in scala laboratorio E F C B A : Influente; B : Reattore con funzionamento CSTR; C : Reattore con funzionamento MBBR (dalla seconda fase); D : Stirrer; E : Bagnetto termostatato; F : Pompa; G : Colonne per la misura del gas. G A D

10 ph Monitoraggio del funzionamento di due reattori colture sospese; Conversione di un reattore CSTR in MBBR; Alimentazione dei reattori con siero fresco; Riduzione dell HRT; Fasi sperimentali Riduzione ulteriore dell HRT e utilizzo di un siero stanco (ph influente acido) I II III IV Tempo [d] Influente Effluente A Effluente B V

11 Effetto del ph iniziale del refluo Reattore A HRT = 2 [d] OLR 65 [gcod/ld] ph in ph out = 0.36 ph in ph out = 2.36

12 Concentrazione [mg/l] Concentrazione [mg/l] Caratterizzazione effluente liquido III Acidi organici - reattore A IV Tempo [d] Citrico Acetico Propionico Butirrico Isovalerico Valerico Caproico III Acidi organici - reattore B IV Tempo [d] Citrico Acetico Propionico Butirrico Isovalerico Valerico Caproico

13 Concentrazione [mg/l] Produzione di Acido Lattico [mg/l] III IV Tempo [d] Effluente A Influente Effluente B

14 Massa LA [mg] Massa di acido lattico estratta [mg/d] III IV Tempo [d] Massa di acido lattico estratta - reattore A Massa di acido lattico estratta - reattore B HRT= 1 giorno LA estratto reattore A= 24.6 g/d LA estratto reattore B= 22 g/d

Conclusioni È stato effettivamente possibile valorizzare il siero del latte attraverso processi fermentativi; Sono state ottenute rese di produzione di acido lattico più elevate

15 Conclusioni È stato effettivamente possibile valorizzare il siero del latte attraverso processi fermentativi; Sono state ottenute rese di produzione di acido lattico più elevate al diminuire dell HRT imposto (massima resa giornaliera di 24.6 g/d per il reattore A e 22 g/d per il reattore B); La soluzione a colture sospese è risultata la più performante.

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