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IT201800010683A1 - Integrated system of bioelectrochemical processes and photobioreactors for the cultivation of photosynthesising microorganisms with the recovery of carbon and nutrients from organic sources or wastewater - Google Patents

Integrated system of bioelectrochemical processes and photobioreactors for the cultivation of photosynthesising microorganisms with the recovery of carbon and nutrients from organic sources or wastewater Download PDF

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Publication number
IT201800010683A1
IT201800010683A1 IT102018000010683A IT201800010683A IT201800010683A1 IT 201800010683 A1 IT201800010683 A1 IT 201800010683A1 IT 102018000010683 A IT102018000010683 A IT 102018000010683A IT 201800010683 A IT201800010683 A IT 201800010683A IT 201800010683 A1 IT201800010683 A1 IT 201800010683A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
photobioreactor
microorganisms
organic
nutrients
module
Prior art date
Application number
IT102018000010683A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Andrea Schievano
Andrea Goglio
Matteo Tucci
Alessandra Colombo
Original Assignee
Algaria S R L
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Algaria S R L filed Critical Algaria S R L
Priority to IT102018000010683A priority Critical patent/IT201800010683A1/en
Priority to PCT/IB2019/060329 priority patent/WO2020110082A1/en
Publication of IT201800010683A1 publication Critical patent/IT201800010683A1/en

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Description

Titolo: "Sistema integrato di processi bioelettrochimici e fotobioreattori per la coltivazione di microrganismi fotosintetizzatori con il recupero di carbonio e nutrienti da fonti organiche o da acque reflue” Title: "Integrated system of bioelectrochemical processes and photobioreactors for the cultivation of photosynthesising microorganisms with the recovery of carbon and nutrients from organic sources or wastewater"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

È possibile riutilizzare substrati organici o trattare le acque reflue tramite la coltivazione di microganismi fotosintetizzatori (MF), allo scopo di ottenere, invece di un fango di risulta, una biomassa che può essere fonte di prodotti di valore aggiunto, come integratori per la mangimistica, composti idrolizzati per la preparazione di biofertilizzanti, biostimolanti e promotori della crescita vegetale o di molecole come coloranti naturali, antiossidanti, biopolimeri, carotenoidi. It is possible to reuse organic substrates or treat wastewater through the cultivation of photosynthesising microorganisms (MF), in order to obtain, instead of a sludge, a biomass that can be a source of added value products, such as feed supplements, hydrolyzed compounds for the preparation of biofertilizers, biostimulants and plant growth promoters or molecules such as natural dyes, antioxidants, biopolymers, carotenoids.

I sistemi noti nell’arte, tuttavia, presentano delle limitazioni relative all’utilizzo di fonti organiche di carbonio e nutrienti e al trattamento di acque reflue, soprattutto se ad alto contenuto di materia organica. The systems known in the art, however, have limitations relating to the use of organic sources of carbon and nutrients and to the treatment of wastewater, especially if with a high content of organic matter.

Infatti, al di sopra di determinate soglie di carico organico, i MF sono progressivamente inibiti, con il contemporaneo sviluppo di microrganismi eterotrofi, cosa che determina l’insorgere, nel lungo periodo, di condizioni anaerobiche e torbidità del mezzo liquido. In fact, above certain organic load thresholds, MFs are progressively inhibited, with the simultaneous development of heterotrophic microorganisms, which causes the onset, in the long term, of anaerobic conditions and turbidity of the liquid medium.

La biomassa che si ottiene al termine del processo, risulta quindi di bassa qualità nella maggior parte dei casi, a causa della presenza di alte percentuali di biomassa batterica, insieme alla biomassa di MF. The biomass obtained at the end of the process is therefore of low quality in most cases, due to the presence of high percentages of bacterial biomass, together with the MF biomass.

Come conseguenza, le applicazioni a valore aggiunto di questo tipo di prodotto, come la produzione di alimenti con certificazione biologica (la normativa italiana relativa all’agricoltura biologica esclude l’utilizzo di fertilizzanti minerali di origine sintetica), di cosmetici, di mangimi per animali o per l’estrazione di pigmenti, sono da escludersi nella maggior parte dei casi. As a consequence, the value-added applications of this type of product, such as the production of food with organic certification (the Italian legislation on organic farming excludes the use of mineral fertilizers of synthetic origin), cosmetics, animal feed or for the extraction of pigments, are to be excluded in most cases.

Alla luce delle esigenze note nel settore, gli autori della presente invenzione hanno sviluppato una particolare configurazione e struttura delle celle elettrochimiche microbiche (METs), da integrarsi a coltivazioni di microrganismi fotosintetizzatori per la crescita degli stessi microrganismi utilizzando fonti di carbonio e nutrienti in forma organica, tra cui sottoprodotti e scarti delle produzioni alimentari e acque reflue. In light of the known needs in the field, the authors of the present invention have developed a particular configuration and structure of microbial electrochemical cells (METs), to be integrated with crops of photosynthesizing microorganisms for the growth of the same microorganisms using sources of carbon and nutrients in organic form. , including by-products and waste from food production and wastewater.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

La figura 1 rappresenta uno schema di funzionamento di una tecnologia elettrochimica microbica che associa l’impiego di microrganismi fotosintetizzatori secondo la presente invenzione; Figure 1 represents a diagram of operation of a microbial electrochemical technology that associates the use of photosynthesizing microorganisms according to the present invention;

la figura 2 mostra un dettaglio della configurazione del sistema proposto dalla presente invenzione; Figure 2 shows a detail of the configuration of the system proposed by the present invention;

la figura 3 riporta una rappresentazione di un esperimento svolto per ottenere indicazioni sul funzionamento dei risultati ottenuti con l’impiego della presente invenzione; Figure 3 shows a representation of an experiment carried out to obtain information on the operation of the results obtained with the use of the present invention;

le figure 4 e 5 mostrano, rispettivamente, i risultati degli esperimenti eseguiti in termini di generazione di corrente e di crescita di spirulina e di perdite residue di COD nella camera catodica; Figures 4 and 5 show, respectively, the results of the experiments performed in terms of current generation and growth of spirulina and residual losses of COD in the cathode chamber;

la figura 6 rappresenta lo schema di un impianto secondo la presente invenzione. figure 6 represents the diagram of a plant according to the present invention.

Oggetto dell’invenzione Object of the invention

La presente invenzione ha per oggetto un modulo elettrochimico microbico integrato a un fotobioreattore, un fotobioreattore e un impianto comprendente tale fotobioreattore, nonché il metodo per la coltivazione di microrganismi fotosintetizzatori tramite il recupero di carbonio, di elementi nutrienti contenuti in acque reflue e la contemporanea depurazione di acque contenenti tali nutrienti. The present invention relates to a microbial electrochemical module integrated with a photobioreactor, a photobioreactor and a plant comprising this photobioreactor, as well as the method for the cultivation of photosynthesising microorganisms through the recovery of carbon, of nutrient elements contained in waste water and the simultaneous purification of waters containing these nutrients.

Descrizione dettagliata dell’invenzione Detailed description of the invention

Secondo un oggetto della presente invenzione è descritta una tecnologia MET (Tecnologia Elettrochimica Microbica) che impiega dei microrganismi fotosintetizzatori. According to an object of the present invention, a MET technology (Microbial Electrochemical Technology) is described which uses photosynthesizing microorganisms.

Per gli scopi della presente invenzione, microrganismi fotosintetizzatori comprendono Chlorella vulgaris, Chlamydomonas reinhardtii, Dnaliella teriolecta, Ulva lactuca, Pseudokirchneriella subcapitata, Scenedesmus, Scenedesmus obliquus, Desmodesmus sp, Laminaria saccharina, Chaetoceros, Microcystis aeruginosa, Arthrospira maxima, Synechococcus leopoliensis, Rhodobacter sphaeroides, Rhodopseudomonas palustris, Leptolyngbya, Acutodesmus, Chlamydomonaceae, Merismopedia glauca. For the purposes of the present invention, photosynthesising microorganisms include Chlorella vulgaris, Chlamydomonas reinhardtii, Dnaliella teriolecta, Ulva lactuca, Pseudokirchneriella subcapitata, Scenedesmus, Scenedesmus obliquus, Desmodesmus sp, Laminaria saccerosocharina, Chasystacterium Rhodopseudomonas palustris, Leptolyngbya, Acutodesmus, Chlamydomonaceae, Merismopedia glauca.

Secondo un primo aspetto, la popolazione di microrganismi è omogenea; in un aspetto alternativo, la popolazione può essere rappresentata da una o più delle specie indicate o da consorzi di microrganismi. According to a first aspect, the population of microorganisms is homogeneous; in an alternative aspect, the population can be represented by one or more of the indicated species or by consortia of microorganisms.

Per gli scopi della presente domanda di brevetto, con il termine “soluzione organica” si intende una soluzione acquosa comprendente una frazione organica e una popolazione di microrganismi eterotrofi. For the purposes of the present patent application, the term "organic solution" means an aqueous solution comprising an organic fraction and a population of heterotrophic microorganisms.

In pratica, tali soluzioni organiche contengono forme organiche solubili o sospese, provenienti da materiali organici di recupero, da sottoprodotti o scarti delle produzioni agro-alimentari, acque di origine fognaria di insediamenti, reflui di origine zootecnica o acque provenienti da trasformazioni agro-alimentari. In practice, these organic solutions contain soluble or suspended organic forms, coming from recovered organic materials, from by-products or waste from agro-food production, sewage water from settlements, wastewater of zootechnical origin or water from agro-food processing.

Secondo la presente descrizione, la soluzione organica comprende una frazione organica, ricca di carbonio organico solubile e nutrienti (azoto, fosforo, potassio, ferro, calcio, magnesio, zolfo e altri micronutrienti come cobalto, manganese, molibdeno, etc.) According to the present description, the organic solution comprises an organic fraction, rich in soluble organic carbon and nutrients (nitrogen, phosphorus, potassium, iron, calcium, magnesium, sulfur and other micronutrients such as cobalt, manganese, molybdenum, etc.)

In un aspetto preferito, le soluzioni organiche da trattare contengono solidi sospesi in quantità non superiore a circa 5 gTSS/L. In a preferred aspect, the organic solutions to be treated contain suspended solids in an amount not exceeding about 5 gTSS / L.

In un altro aspetto, le soluzioni organiche possono contenere livelli di carico organico fino a circa 10 gCOD/L. In another aspect, organic solutions can contain organic load levels up to about 10 gCOD / L.

Secondo un primo oggetto dell’invenzione, la tecnologia MET descritta è rappresentata da un modulo (nelle figure indicato con i riferimenti 11,12,13,14,21,22,23,24) per un fotobioreattore 100. According to a first object of the invention, the MET technology described is represented by a module (in the figures indicated with references 11,12,13,14,21,22,23,24) for a photobioreactor 100.

In particolare, tale modulo 11,12,13,14,21,22,23,24 comprende un catodo 106 (o, meglio, biocatodo, per come è strutturato) e un anodo 104 (o, meglio, un bioanodo, per come è strutturato). In particular, this module 11,12,13,14,21,22,23,24 includes a cathode 106 (or, better, biocathode, as it is structured) and an anode 104 (or, better, a bioanode, as it is structured).

Per gli scopi della presente invenzione, il biocatodo 106 è a contatto con una popolazione di microrganismi fotosintetizzatori. For the purposes of the present invention, the biocathode 106 is in contact with a population of photosynthesizing microorganisms.

Per quanto riguarda il bioanodo 104, invece, questo è a contatto con una quantità di soluzione organica 30,31,33. As regards the bioanode 104, on the other hand, this is in contact with a quantity of organic solution 30,31,33.

Come sopra detto, la soluzione organica è ricca di frazione organica e comprendente una popolazione microbica eterotrofa. As stated above, the organic solution is rich in organic fraction and comprising a heterotrophic microbial population.

Nel fotobioreattore 100 dell’invenzione, il biocatodo 106 e il bioanodo 104 sono separati fisicamente fra di loro grazie ad un setto poroso 105. In the photobioreactor 100 of the invention, the biocathode 106 and the bioanode 104 are physically separated from each other thanks to a porous septum 105.

Per gli scopi presenti, tale setto 105 è in materiale ceramico o ceramico/carbonioso. For the present purposes, this septum 105 is made of ceramic or ceramic / carbonaceous material.

Più in particolare, tale setto poroso 105 è rappresentato da un elemento di forma tubolare. More particularly, this porous septum 105 is represented by an element having a tubular shape.

Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, il setto poroso è preparato a partire da una biomassa oppure da una miscela di una biomassa con argilla; in questo secondo caso, la biomassa all’interno della miscela puòessere sostituita con biochar. According to a preferred aspect of the invention, the porous septum is prepared starting from a biomass or from a mixture of a biomass with clay; in this second case, the biomass inside the mixture can be replaced with biochar.

Se necessario, la miscela è modellata successivamente in forma tubulare. If necessary, the mixture is subsequently molded into tubular form.

Preferibilmente, il diametro del setto poroso è di circa 20-100 mme lo spessore è compreso fra 3 e 10 mm. Preferably, the diameter of the porous septum is about 20-100 mm and the thickness is between 3 and 10 mm.

In una fase successiva, l’elemento modellato in forma di tubo è sottoposto a pirolisi; in questo modo si ottiene vantaggiosamente un materiale poroso, con una certa conduttività elettrica (0,1 – 1000 mS/cm), adatto agli impieghi presenti. In a subsequent phase, the element modeled in the form of a tube is subjected to pyrolysis; in this way a porous material is advantageously obtained, with a certain electrical conductivity (0.1 - 1000 mS / cm), suitable for the present uses.

La pirolisi è preferibilmente condotta secondo una rampa termica che comprende: una prima fase di riscaldamento fino a 900°C, una seconda fase isoterma a 900°C per circa 60 minuti ed una terza fase di raffreddamento. The pyrolysis is preferably carried out according to a thermal ramp which comprises: a first heating phase up to 900 ° C, a second isothermal phase at 900 ° C for about 60 minutes and a third cooling phase.

In particolare, la prima fase di riscaldamento prevede un incremento della temperatura di circa 10°C/minuto. In particular, the first heating phase provides for a temperature increase of about 10 ° C / minute.

La fase isoterma ha preferibilmente una durata di circa 60 minuti. The isothermal phase preferably has a duration of about 60 minutes.

La fase di raffreddamento prevede una diminuzione della temperatura con una velocità preferibilmente di circa 5°C/minuto. The cooling phase provides for a decrease in temperature at a rate preferably of about 5 ° C / minute.

In un aspetto alternativo della presente invenzione, la MET descritta non ha una configurazione tubolare a doppia camera (con una separazione fisica fra anodo e catodo), ma è a snorkel (con una continuità di materiali elettroconduttivi tra anodo e catodo). In an alternative aspect of the present invention, the MET described does not have a double chamber tubular configuration (with a physical separation between anode and cathode), but is a snorkel (with a continuity of electroconductive materials between anode and cathode).

Il modulo del fotobioreattore dell’invenzione comprende, inoltre, un elemento 101 per la distribuzione della soluzione organica all’interno del fotobioreattore stesso. The module of the photobioreactor of the invention also includes an element 101 for the distribution of the organic solution within the photobioreactor itself.

In un aspetto dell’invenzione, tale elemento 101 è rappresentato da un tubo, preferibilmente coassiale, eventualmente di materiale plastico, interno al modulo 11,12,13,14,21,22,23,24; si genera cosìun’intercapedine 103. In one aspect of the invention, this element 101 is represented by a tube, preferably coaxial, possibly of plastic material, inside the module 11,12,13,14,21,22,23,24; thus a gap 103 is generated.

L’intercapedine 103 è riempita da un materiale conduttivo ed elettrochimicamente stabile e preferibilmente non soggetto a corrosione; in un aspetto particolarmente preferito, tale materiale può essere scelto nel gruppo che comprende: biochar elettroattivo, carbon coke, eventualmente in forma granulare, oppure da tessuti di fibra di carbonio. The interspace 103 is filled with a conductive and electrochemically stable material and preferably not subject to corrosion; in a particularly preferred aspect, this material can be selected from the group which comprises: electroactive biochar, carbon coke, optionally in granular form, or from carbon fiber fabrics.

La pezzatura del materiale granulare è preferibilmente di circa 3-15 mm. The size of the granular material is preferably about 3-15 mm.

Il materiale dell’intercapedine è preferibilmente pressato. The cavity material is preferably pressed.

Per consentire un’omogenea distribuzione delle soluzioni organiche, tale elemento tubulare presenta una pluralità di aperture 102, che consentono il passaggio della soluzione dall’interno del tubo 101 all’intercapedine 103 fra questo ed il biocatodo 106. To allow a homogeneous distribution of the organic solutions, this tubular element has a plurality of openings 102, which allow the solution to pass from inside the tube 101 to the interspace 103 between this and the biocathode 106.

Tali aperture 102 hanno preferibilmente un diametro di circa 1-2 mm; vantaggiosamente, ciò garantisce un flusso adeguato di soluzioni organiche alle intercapedini anodiche. These openings 102 preferably have a diameter of about 1-2 mm; advantageously, this ensures an adequate flow of organic solutions to the anodic cavities.

Per gli scopi della presente invenzione, il catodo 106 è preferibilmente esposto alla coltura di microrganismi fotosintetizzatori ed elettroattivi sopra descritta che si forma sullo strato di materiale conduttivo e che riduce l’ossigeno prodotto per fotosintesi. For the purposes of the present invention, the cathode 106 is preferably exposed to the culture of photosynthesizing and electroactive microorganisms described above which is formed on the layer of conductive material and which reduces the oxygen produced by photosynthesis.

In un altro aspetto dell’invenzione, l’anodo 104 è esposto alle soluzioni organiche ricche in contenuto organico e in microrganismi eterotrofi, tipici dei materiali organici e delle acque reflue secondo le definizioni sopra riportate; si selezionano, infatti, microrganismi eterotrofi elettroattivi, che ossidano, per metabolismo anaerobico anodofilico, la frazione organica contenuta nelle soluzioni organiche, liberando forme solubili dei minerali in esse contenuti. In another aspect of the invention, the anode 104 is exposed to organic solutions rich in organic content and in heterotrophic microorganisms, typical of organic materials and wastewater according to the above definitions; in fact, electroactive heterotrophic microorganisms are selected, which oxidize, by anaerobic anodophilic metabolism, the organic fraction contained in the organic solutions, releasing soluble forms of the minerals they contain.

La separazione delle due popolazioni microbiche è mantenuta grazie al setto poroso 105. The separation of the two microbial populations is maintained thanks to the porous septum 105.

Come sopra descritto, il setto è poroso; la pirolisi è condotta alla fine di ottenere pori aventi una distribuzione in un intervallo inferiore a 500 nm (e infatti, non fanno passare le cellule microbiche) e di ottenere un materiale con una adeguata conduttività elettrica. As described above, the septum is porous; pyrolysis is carried out at the end of obtaining pores having a distribution in a range of less than 500 nm (and in fact, they do not allow microbial cells to pass) and to obtain a material with adequate electrical conductivity.

Il circuito elettrico è chiuso da una resistenza di valore noto, ad esempio di circa 20-500 Ω o dal materiale elettroconduttivo di cui è fatto il setto poroso, che ha una conduttività elettrica di valore noto (0,1-1000 mS/cm). The electric circuit is closed by a resistance of known value, for example of about 20-500 Ω or by the electroconductive material of which the porous septum is made, which has an electrical conductivity of known value (0.1-1000 mS / cm) .

Per gli scopi della presente invenzione, il setto poroso 105 consente il collegamento elettrico ed elettrolitico fra il bioanodo 104 e il biocatodo 106, in modo tale che le reazioni elettrochimiche spingano il passaggio di protoni (così chiudendo il circuito elettrochimico) e di nutrienti (preferenzialmente in forma minerale) recuperati dalle soluzioni organiche alla coltura di microrganismi fotosintetizzatori, fertilizzandola e favorendone la crescita. For the purposes of the present invention, the porous septum 105 allows the electrical and electrolytic connection between the bioanode 104 and the biocathode 106, so that the electrochemical reactions push the passage of protons (thus closing the electrochemical circuit) and of nutrients (preferentially in mineral form) recovered from organic solutions to the culture of photosynthesising microorganisms, fertilizing it and promoting its growth.

Per “nutrienti” si intendono forme ioniche solubili contenenti azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio, ferro, ioni bicarbonato, zolfo, ed altri micronutrienti come cobalto, manganese, molibdeno, etc. By "nutrients" we mean soluble ionic forms containing nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium, iron, bicarbonate ions, sulfur, and other micronutrients such as cobalt, manganese, molybdenum, etc.

In una forma realizzativa preferita dell’invenzione, la popolazione di microrganismi fotosintetizzatori è rappresentata da una coltura di spirulina (Arthrospira). In a preferred embodiment of the invention, the population of photosynthesizing microorganisms is represented by a culture of spirulina (Arthrospira).

Secondo un aspetto della presente invenzione, più moduli 11,12,13,14,21,22,23,24 secondo quanto sopra descritto, possono essere fra loro organizzati formando un circuito 10,20. According to an aspect of the present invention, several modules 11,12,13,14,21,22,23,24 according to what has been described above, can be organized together forming a circuit 10,20.

La figura 6 è una rappresentazione schematica di come la tecnologia descritta dalla presente invenzione possa essere impiegata per la realizzazione di un impianto di tipo raceway per il recupero di elementi nutrienti contenuti in soluzioni organiche. Figure 6 is a schematic representation of how the technology described by the present invention can be used for the realization of a raceway type plant for the recovery of nutrient elements contained in organic solutions.

Come raffigurato, un circuito (10,20) può comprendere una pluralità di moduli (11,12,13,14,21,22,23,24) fra di loro collegati in serie formando un fotobioreattore. As shown, a circuit (10,20) can comprise a plurality of modules (11,12,13,14,21,22,23,24) connected to each other in series forming a photobioreactor.

Secondo una prima forma di realizzazione, la tecnologia della presente invenzione può essere implementata in un fotobioreattore di tipo verticale di forma tubolare oppure orizzontale a vasca di tipo raceway, laddove questa seconda configurazione risulta particolarmente preferita per gli scopi della presente invenzione. According to a first embodiment, the technology of the present invention can be implemented in a vertical tubular-shaped photobioreactor or a raceway-type horizontal tank, where this second configuration is particularly preferred for the purposes of the present invention.

Il o i moduli 10,20 del circuito sono immersi in una coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’). The 10.20 module or modules of the circuit are immersed in a culture of photosynthesising microorganisms (5 ').

Per gli scopi della presente invenzione, un impianto 200 per la depurazione di soluzioni organiche e per la coltivazione di microrganismi fotosintetizzatori a partire da carbonio e nutrienti di recupero, compresi in dette soluzioni organiche, comprende un fotobioreattore 100 secondo quanto sopra descritto, comprendente uno o più circuiti 10,20, operanti fra di loro in parallelo, ed uno o più ulteriori elementi per il suo funzionamento e la sua gestione. For the purposes of the present invention, a plant 200 for the purification of organic solutions and for the cultivation of photosynthesising microorganisms starting from recovered carbon and nutrients, included in said organic solutions, comprises a photobioreactor 100 as described above, comprising one or several circuits 10, 20, operating in parallel with each other, and one or more further elements for its operation and management.

Preferibilmente, pertanto, un impianto 200 comprende: Preferably, therefore, a plant 200 comprises:

- una vasca (5) o più vasche contenente la coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’), - a tank (5) or more tanks containing the culture of photosynthesising microorganisms (5 '),

- un primo serbatoio (1) per la soluzione organica (30,31,33), - a first tank (1) for the organic solution (30,31,33),

- una pompa (P2,P3) per l’alimentazione delle soluzioni organiche (30,31,33) a ciascuno dei circuiti (10,20) del fotobioreattore (200), - una pompa (P4) per regolare il livello della coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’) all’interno della vasca (5), - un vibrovaglio (3) per la filtrazione della coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’), - un secondo serbatoio (2) per lo scarico del surnatante o per il suo ricircolo dello stesso nella coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’) oppure nel primo serbatoio (1). - a pump (P2, P3) for feeding the organic solutions (30,31,33) to each of the circuits (10,20) of the photobioreactor (200), - a pump (P4) to regulate the level of the photosynthesising microorganisms (5 ') inside the tank (5), - a vibrating screen (3) for the filtration of the culture of photosynthesising microorganisms (5'), - a second tank (2) for the discharge of the supernatant or for its recirculation of the same in the culture of photosynthesising microorganisms (5 ') or in the first tank (1).

L’impianto 200 dell’invenzione può inoltre comprendere: The plant 200 of the invention may also include:

- un collettore (4) per la raccolta della soluzione organica (30,31,33) da depurare nell’impianto, - a collector (4) for the collection of the organic solution (30,31,33) to be purified in the plant,

- una pompa (P1) per il pompaggio di dette acque (30,31,33) dal collettore al primo serbatoio (1). - a pump (P1) for pumping said waters (30,31,33) from the collector to the first tank (1).

All’interno della vasca 5 di un fotobioreattore è mantenuto un livello della coltura di microrganismi fotosintetizzatori di circa 10-25 cm. Inside the tank 5 of a photobioreactor, a culture level of photosynthesizing microorganisms of about 10-25 cm is maintained.

Preferibilmente, i tubi che costituiscono i moduli ed i circuiti sono mantenuti ad una distanza dal fondo della vasca di circa 20 mm; ciò garantisce la miscelazione delle acque della coltura di microrganismi fotosintetizzatori, evitando zone di stagnazione e di accumulo di biomassa. Preferably, the pipes that make up the modules and the circuits are kept at a distance of about 20 mm from the bottom of the tank; this guarantees the mixing of photosynthesising microorganisms in the culture waters, avoiding areas of stagnation and accumulation of biomass.

Secondo un aspetto preferito della presente invenzione, l’impianto è realizzato in modo da soddisfare i seguenti parametri: According to a preferred aspect of the present invention, the plant is made in such a way as to satisfy the following parameters:

Superficie catodica/Volume anodico: ≥ 100 m<2>/m<3>Cathode surface / Anode volume: ≥ 100 m <2> / m <3>

Volume fotobioreattore/superficie di scambio: ≥ 0,05 m<3>/m<2>Photobioreactor / exchange surface volume: ≥ 0.05 m <3> / m <2>

In accordo con un oggetto dell’invenzione, è descritto un metodo per la purificazione di soluzioni organiche e per la coltivazione di microrganismi fotosintetizzatori, che recupera carbonio e nutrienti in forma organica, che impiega la tecnologia MET (Tecnologia Elettrochimica Microbica) e, in particolare, il fotobioreattore sopra descritto. In accordance with an object of the invention, a method is described for the purification of organic solutions and for the cultivation of photosynthesizing microorganisms, which recovers carbon and nutrients in organic form, which uses MET technology (Microbial Electrochemical Technology) and, in particular , the photobioreactor described above.

In particolare, tale metodo comprendente le fasi di: In particular, this method comprising the steps of:

a) far scorrere all’interno del tubo (101) di un modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) una quantità di soluzione organica (30,31,33) e consentire che detta soluzione organica (30,31,33) passi attraverso le aperture del modulo (102) verso l’intercapedine del bioanodo (103), a) make a quantity of organic solution (30,31,33) flow inside the tube (101) of a module (11,12,13,14,21,22,23,24) and allow said organic solution (30,31,33) passes through the openings of the module (102) towards the gap of the bioanode (103),

b) consentire l’ossidazione delle forme organiche di carbonio e dei nutrienti (azoto, fosforo, potassio, ferro, magnesio, calcio, zolfo e altri elementi) della soluzione organica (30,31,32) da parte di detta popolazione microbica elettroattiva, abbinata alla riduzione dell’ossigeno al biocatodo, ottenendo la liberazione di nutrienti in forma minerale, b) allow the oxidation of the organic forms of carbon and nutrients (nitrogen, phosphorus, potassium, iron, magnesium, calcium, sulfur and other elements) of the organic solution (30,31,32) by said electroactive microbial population, combined with the reduction of oxygen to the biocathode, obtaining the release of nutrients in mineral form,

c) consentire il passaggio di detti nutrienti attraverso il setto poroso (105) di detto modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) verso la coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’). c) allow the passage of said nutrients through the porous septum (105) of said module (11,12,13,14,21,22,23,24) towards the culture of photosynthesizing microorganisms (5 ').

In un aspetto preferito dell’invenzione, il metodo comprendente la fase ulteriore d) di lasciare che detti nutrienti mineralizzati nella fase c) fertilizzino la coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’). In a preferred aspect of the invention, the method comprising the further step d) of letting said mineralized nutrients in step c) fertilize the culture of photosynthesizing microorganisms (5 ').

Per gli scopi della presente invenzione, il metodo è condotto in presenza di una o più delle seguenti condizioni preferite: For the purposes of the present invention, the method is carried out in the presence of one or more of the following preferred conditions:

1. Concentrazione sostanza organica nella soluzione organica: ≤3.000 mgsCOD /L. 1. Organic substance concentration in the organic solution: ≤3,000 mgsCOD / L.

2. Carico organico giornaliero specifico sCOD/volume anodico/d: ≤500 mgsCOD/Lan/d. 2. Specific daily organic load sCOD / anodic volume / d: ≤500 mgsCOD / Lan / d.

3. Carico organico giornaliero specifico sCOD/Superficie catodica/d: ≤5000 mgsCOD/m<2>/d. 3. Specific daily organic load sCOD / Cathodic surface / d: ≤5000 mgsCOD / m <2> / d.

4. Carico organico giornaliero specifico sCOD/Volume di fotobioreattore/d: ≤130 mgsCOD/Lpr/d. 4. Specific daily organic load sCOD / Photobioreactor volume / d: ≤130 mgsCOD / Lpr / d.

Velocità di rimozione per unità di volume totale: ≤ 120 mgsCOD/L/d. Removal rate per unit of total volume: ≤ 120 mgsCOD / L / d.

In un aspetto della presente invenzione, il metodo descritto consente non solo la purificazione di soluzioni organiche, come ad esempio acque reflue, ma anche la produzione di una biomassa arricchita di nutrienti. In one aspect of the present invention, the described method allows not only the purification of organic solutions, such as wastewater, but also the production of a nutrient-enriched biomass.

La biomassa così ottenuta, che rappresenta un ulteriore oggetto della presente invenzione, è caratterizzata da un valore aggiunto che ne giustifica completamente l’impiego per la produzione di alimenti secondo la normativa pervista per l’agricoltura biologica, per l’estrazione di pigmenti, per la produzione di mangimi, per la produzione di prodotti cosmetici o per la produzione di idrolizzati e preparati fitostimolanti e ammendanti per le colture. The biomass thus obtained, which represents a further object of the present invention, is characterized by an added value that fully justifies its use for the production of food according to the current legislation for organic farming, for the extraction of pigments, for the production of feed, for the production of cosmetic products or for the production of hydrolysates and phytostimulating and soil improver preparations for crops.

Esempio 1 Example 1

Nella tabella seguente sono riportate le caratteristiche dimensionali e i principali parametri di processo di un impianto di laboratorio e di un impianto pilota, dimensionati con specifici prove. The following table shows the dimensional characteristics and the main process parameters of a laboratory plant and a pilot plant, sized with specific tests.

Operando secondo le condizioni sopra riportate, sono stati ottenuti alti tassi di rimozione del COD nel comparto anodico (0,65 gCOD L<-1>d<-1>), con perdite di COD trascurabili verso il comparto catodico, contenente la coltura di microrganismi fotosintetizzatori. L’ossigeno prodotto tramite fotosintesi è risultato sufficiente al funzionamento della METs (Pmax circa 4 W/m<2>, con una Resistenza interna del sistema di circa 40 Ω). La crescita di Spirulina è stata circa di 40 mgTSS L<-1>d<-1>. Operating according to the above conditions, high COD removal rates were obtained in the anodic compartment (0.65 gCOD L <-1> d <-1>), with negligible COD losses towards the cathode compartment, containing the culture of photosynthesising microorganisms. The oxygen produced through photosynthesis was found to be sufficient for the METs to function (Pmax about 4 W / m <2>, with an internal resistance of the system of about 40 Ω). Spirulina growth was approximately 40 mgTSS L <-1> d <-1>.

L’analisi delle soluzioni anodiche e catodiche ha permesso di valutare il trasporto di ioni attraverso il separatore durante il funzionamento della MFC. The analysis of the anode and cathode solutions made it possible to evaluate the transport of ions through the separator during the operation of the MFC.

La purezza della coltura di Spirulina ottenuta è stata confermata dalle analisi microbiologiche. The purity of the obtained Spirulina culture was confirmed by microbiological analyzes.

Dalla lettura della descrizione sopra riportata della presente invenzione, saranno evidenti alla persona esperta nel settore i numerosi vantaggi offerti dai sistemi elettrochimici microbici proposti. From reading the above description of the present invention, the numerous advantages offered by the proposed microbial electrochemical systems will be evident to the person skilled in the art.

Innanzitutto, il sistema proposto è economico, grazie all’impiego di materiali non pregiati, di facile reperibilità e di ampia disponibilità commerciale. First of all, the proposed system is economical, thanks to the use of non-precious materials, easy to find and widely available commercially.

La configurazione con cui può essere realizzato l’impianto, con i circuiti costituiti da elementi modulari in serie, e operanti fra di loro in parallelo, consente di adattare l’operatività dell’impianto alle necessità; inoltre, la manutenzione risulta più semplice, grazie alla possibilità di isolare un solo circuito sul quale operare la manutenzione, senza bloccare l’intero impianto. The configuration with which the system can be built, with the circuits consisting of modular elements in series, and operating with each other in parallel, allows the operation of the system to be adapted to the needs; furthermore, maintenance is easier, thanks to the possibility of isolating a single circuit on which maintenance is to be carried out, without blocking the entire system.

Il metodo per la purificazione delle soluzioni organiche, come ad esempio acque reflue, secondo la presente invenzione, inoltre, consente di recuperare un flusso di acqua purificata ed una biomassa arricchita di nutrienti che, potendo essere impiegata in altri settori, presenta un elevato valore aggiunto. Furthermore, the method for the purification of organic solutions, such as waste water, according to the present invention, allows to recover a stream of purified water and a biomass enriched with nutrients which, being able to be used in other sectors, has a high added value. .

Al processo della presente invenzione sopra descritto, una persona esperta, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare adattamenti, modifiche e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza tuttavia uscire dall’ambito delle rivendicazioni di seguito riportate. To the process of the present invention described above, an expert person, in order to meet contingent and specific needs, may make adaptations, modifications and replacements of elements with other functionally equivalent ones, without however departing from the scope of the claims set out below.

Claims (13)

RIVENDICAZIONI 1. Un modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) per un fotobioreattore (100) comprendente un biocatodo (106) e un bioanodo (104), in cui detto biocatodo (106) è a contatto con una popolazione microbica fotosintetizzante e detto bioanodo (104) è a contatto con una soluzione organica (30,31,33) comprendente una frazione organica e una popolazione microbica eterotrofa elettroattiva, detti biocatodo (106) e bioanodo (104) essendo separati fra loro da un setto poroso (105) in materiale ceramico o ceramico/carbonioso. CLAIMS 1. A module (11,12,13,14,21,22,23,24) for a photobioreactor (100) comprising a biocathode (106) and a bioanode (104), in which said biocathode (106) is in contact with a photosynthesizing microbial population and said bioanode (104) is in contact with an organic solution (30,31,33) comprising an organic fraction and an electroactive heterotrophic microbial population, said biocathode (106) and bioanode (104) being separated from each other from a porous septum (105) in ceramic or ceramic / carbonaceous material. 2. Il modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) per un fotobioreattore (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto setto poroso (105) è rappresentato da un elemento di forma tubolare. The module (11,12,13,14,21,22,23,24) for a photobioreactor (100) according to the previous claim, in which said porous septum (105) is represented by a tubular element. 3. Il modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) per un fotobioreattore (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un elemento di distribuzione di detta soluzione organica (30,31,33) comprendente una popolazione microbica elettroattiva all’interno del fotobioreattore (100) rappresentato da un tubo (101) comprendente una pluralità di aperture (102) per la diffusione della soluzione organica (30,31,33) all’esterno del tubo (101). The module (11,12,13,14,21,22,23,24) for a photobioreactor (100) according to any one of the preceding claims, comprising a distribution element of said organic solution (30,31,33) comprising an electroactive microbial population inside the photobioreactor (100) represented by a tube (101) comprising a plurality of openings (102) for the diffusion of the organic solution (30,31,33) to the outside of the tube (101). 4. Il modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) per un fotobioreattore (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto setto poroso (105) è preparato da una biomassa o da una miscela di una biomassa con argilla, in cui detta biomassa in miscela puòessere sostituita con biochar. The module (11,12,13,14,21,22,23,24) for a photobioreactor (100) according to any one of the preceding claims, wherein said porous septum (105) is prepared from a biomass or a mixture of a biomass with clay, in which said biomass in mixture can be replaced with biochar. 5. Il modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) per un fotobioreattore (100) secondo la rivendicazione precedente, in cui detta biomassa o detta miscela è modellata e successivamente è sottoposta ad una fase di pirolisi, comprendente le seguenti fasi: - riscaldamento, con incremento della temperatura di circa 10°C/minuto fino a 900°C, - isoterma a 900°C per circa 60 minuti, - raffreddamento, con diminuzione della temperatura di circa 5°C/minuto. 5. The module (11,12,13,14,21,22,23,24) for a photobioreactor (100) according to the preceding claim, in which said biomass or said mixture is modeled and subsequently undergoes a pyrolysis step , comprising the following steps: - heating, with a temperature increase of about 10 ° C / minute up to 900 ° C, - isothermal at 900 ° C for about 60 minutes, - cooling, with a decrease in temperature of about 5 ° C / minute. 6. Il modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) per un fotobioreattore (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 3 a 5, in cui fra detto setto poroso (105) e detto tubo (101) si realizza un’intercapedine (103) che è riempita da un materiale elettroconduttivo rappresentato da biochar elettroattivo, carbon coke, eventualmente in forma granulare, o da un tessuto. 6. The module (11,12,13,14,21,22,23,24) for a photobioreactor (100) according to any one of the preceding claims 3 to 5, in which between said porous septum (105) and said tube (101) a cavity (103) is formed which is filled with an electroconductive material represented by electroactive biochar, carbon coke, possibly in granular form, or by a fabric. 7. Un circuito (10,20) per un fotobioreattore (100) comprendente una pluralità di moduli (11,12,13,14,21,22,23,24) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti moduli all’interno di ciascun circuito (10,20) sono collegati in serie fra di loro. 7. A circuit (10,20) for a photobioreactor (100) comprising a plurality of modules (11,12,13,14,21,22,23,24) according to any one of the preceding claims, wherein said modules at inside of each circuit (10,20) are connected in series with each other. 8. Un fotobioreattore (100) comprendente uno o una pluralità di circuiti (10,20) secondo la rivendicazione precedente immersi in una coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’). 8. A photobioreactor (100) comprising one or a plurality of circuits (10,20) according to the previous claim immersed in a culture of photosynthesizing microorganisms (5 '). 9. Un metodo per la depurazione di soluzioni organiche e per la coltivazione di microrganismi fotosintetizzatori mediante l’impiego di un fotobioreattore (100) secondo la rivendicazione precedente, comprendente le fasi di: a) far scorrere all’interno del tubo (101) di un modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) una quantità di soluzione organica (30,31,33) comprendente una popolazione microbica eterotrofa elettroattiva e consentire che detta soluzione organica (30,31,33) passi attraverso le aperture di detto tubo (102) verso il bioanodo (104), b) consentire l’ossidazione anodica della frazione organica della soluzione organica (30,31,32) da parte di detta popolazione microbica elettroattiva ottenendo la liberazione di nutrienti e carbonio, c) consentire il passaggio di detti nutrienti e carbonio attraverso il setto poroso (105) di detto modulo (11,12,13,14,21,22,23,24) verso detta coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’). 9. A method for the purification of organic solutions and for the cultivation of photosynthesizing microorganisms through the use of a photobioreactor (100) according to the previous claim, comprising the steps of: a) slide inside the tube (101) of a module (11,12,13,14,21,22,23,24) a quantity of organic solution (30,31,33) comprising an electroactive heterotrophic microbial population and allowing said organic solution (30,31,33) to pass through the openings of said tube (102) towards the bioanode (104), b) allow the anodic oxidation of the organic fraction of the organic solution (30,31,32) by said electroactive microbial population obtaining the release of nutrients and carbon, c) allow the passage of said nutrients and carbon through the porous septum ( 105) of said module (11,12,13,14,21,22,23,24) towards said culture of photosynthesizing microorganisms (5 '). 10. Il metodo secondo la rivendicazione precedente, comprendente la fase ulteriore d) di lasciare che detti nutrienti liberati nella fase c) fertilizzino detta cultura di microrganismi fotosintetizzatori (5’), producendo una biomassa arricchita di nutrienti. 10. The method according to the previous claim, comprising the further step d) of letting said nutrients released in step c) fertilize said culture of photosynthesizing microorganisms (5 '), producing a biomass enriched with nutrients. 11. Un impianto (200) per la depurazione di soluzioni organiche, per la coltivazione di microrganismi fotosintetizzatori e per il recupero di carbonio e nutrienti da soluzioni organiche comprendente: - un fotobioreattore (100) secondo la rivendicazione 8, - una vasca (5) contenente una coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’), - un primo serbatoio (1) per dette soluzioni organiche (30,31,33), - un pompa (P2,P3) per l’alimentazione delle soluzioni organiche (30,31,33) a ciascuno dei circuiti (10,20) del fotobioreattore (200), - una pompa (P4) per regolare il livello della coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’) nella vasca (5), - un vibrovaglio (3) per la filtrazione della coltura di microrganismi fotosintetizzatori nella vasca (5’), - un secondo serbatoio (2) per lo scarico del surnatante o per il suo ricircolo nella coltura di microrganismi fotosintetizzatori (5’) oppure nel primo serbatoio (1), ed eventualmente comprendente: - un collettore (4) per dette soluzioni organiche (30,31,33), - una pompa (P1) per il pompaggio di dette soluzioni organiche (30,31,33) a detto primo serbatoio (1). 11. A plant (200) for the purification of organic solutions, for the cultivation of photosynthesising microorganisms and for the recovery of carbon and nutrients from organic solutions comprising: - a photobioreactor (100) according to claim 8, - a tank (5) containing a culture of photosynthesizing microorganisms (5 '), - a first tank (1) for said organic solutions (30,31,33), - a pump (P2, P3) for feeding the organic solutions (30,31,33) to each of the circuits (10,20) of the photobioreactor (200), - a pump (P4) to regulate the level of the photosynthesising microorganisms (5 ') in the tank (5), - a vibrating screen (3) for the filtration of the culture of photosynthesising microorganisms in the tank (5 '), - a second tank (2) for the discharge of the supernatant or for its recirculation in the culture of photosynthesising microorganisms (5') or in the first tank (1), and optionally comprising: - a collector (4) for said organic solutions (30,31,33), - a pump (P1) for pumping said organic solutions (30,31,33) to said first tank (1). 12. La biomassa arricchita di nutrienti ottenuta con il metodo secondo la rivendicazione 9 o 10. The nutrient enriched biomass obtained by the method according to claim 9 or 10. 13. Uso della biomassa secondo la rivendicazione precedente per la produzione di alimenti, anche secondo la normativa pervista per l’agricoltura biologica, per l’estrazione di pigmenti, per la produzione di mangimi, per la produzione di prodotti cosmetici o per la produzione di idrolizzati e preparati fitostimolanti e ammendanti per le colture. 13. Use of biomass according to the preceding claim for the production of food, also according to the applicable legislation for organic agriculture, for the extraction of pigments, for the production of feed, for the production of cosmetic products or for the production of hydrolysates and phytostimulant and soil improver preparations for crops.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8642326B1 (en) * 2009-09-02 2014-02-04 Alan W. Schaefer System for the production and harvesting of algae
CN105070936A (en) * 2015-07-10 2015-11-18 重庆大学 Microalgae culture- and microbial fuel cell-coupled integration system and method
US20160122705A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-05 Palo Alto Research Center Incorporated Dual-compartment bioreactor for use in wastewater treatment and algal production
CN108059248A (en) * 2018-01-05 2018-05-22 桂林理工大学 A kind of inner guide type bacterium algae one microbiological fuel cell ecological water body purification method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108178320B (en) * 2018-01-12 2020-06-19 南京工业大学 A microbial fuel cell constructed wetland device and sewage purification method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8642326B1 (en) * 2009-09-02 2014-02-04 Alan W. Schaefer System for the production and harvesting of algae
US20160122705A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-05 Palo Alto Research Center Incorporated Dual-compartment bioreactor for use in wastewater treatment and algal production
CN105070936A (en) * 2015-07-10 2015-11-18 重庆大学 Microalgae culture- and microbial fuel cell-coupled integration system and method
CN108059248A (en) * 2018-01-05 2018-05-22 桂林理工大学 A kind of inner guide type bacterium algae one microbiological fuel cell ecological water body purification method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
COLOMBO ALESSANDRA ET AL: "Assisting cultivation of photosynthetic microorganisms by microbial fuel cells to enhance nutrients recovery from wastewater", BIORESOURCE TECHNOLOGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 237, 10 March 2017 (2017-03-10), pages 240 - 248, XP085033738, ISSN: 0960-8524, DOI: 10.1016/J.BIORTECH.2017.03.038 *
WINFIELD JONATHAN ET AL: "Comparing terracotta and earthenware for multiple functionalities in microbial fuel cells", BIOPROCESS AND BIOSYSTEMS ENGINEERING, SPRINGER, DE, vol. 36, no. 12, 1 June 2013 (2013-06-01), pages 1913 - 1921, XP035365270, ISSN: 1615-7591, [retrieved on 20130601], DOI: 10.1007/S00449-013-0967-6 *

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