Biorisanamento di acque di vegetazione mediante Pleurotus Ostreatus

1.2 Reflui del computo agro-alimentare: le acque di vegetazione
mento in ottemperanza alle normative vigenti [2] rendono la loro gestione
particolarmente impegnativa.
L’industria olearia rappresenta, nel comparto agro-alimentare, una realta`
fortemente penalizzata dai processi di smaltimento dei reflui.
Il processo di estrazione dell’olio dalle olive, sia in continuo sia in discon-
tinuo e` schematizzato in figura 1.1 ed e` riconducibile alle seguenti fasi:
• pulitura e lavaggio delle olive
• frangiatura delle olive
• gramolatura della pasta ed estrazione della fase oleosa dalla fase acquo-
sa
La produzione di olio e` caratterizzata dalla formazione di due principali
sottoprodotti: la sansa e le acque di vegetazione. La prima e` una fase solida
umida costituita da bucce e semi di olive, la seconda, invece, una fase liqui-
da torbida di colore marrone ad alto contenuto di composti organici quali
zuccheri, grassi e polifenoli.
L’evoluzione della tecnologia di estrazione ha determinato una sensibile
riduzione dell’impiego degli impianti di estrazione discontinui a pressione,
che richiedono molta manodopera, a favore di impianti continui trifasici che
puntano all’utilizzo del sistema centrifugo per la separazione delle fasi.
La frazione acquosa delle olive e`, in relazione alle caratteristiche del rac-
colto, circa il 40-50% del peso della drupa; l’acqua aggiunta per il lavaggio
delle olive corrisponde a circa il 5% del peso delle olive lavorate mentre quelle
di lavaggio degli impianti di estrazione rappresentano il 5-10% del peso delle
olive. Pertanto risulta che il refluo prodotto nel processo di estrazione tra-
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1.2 Reflui del computo agro-alimentare: le acque di vegetazione
dizionale dell’olio1 corrisponde al 50-65% del peso delle drupe lavorate. Nel
caso dei processi di estrazione centrifuga (impianti continui), la quantita` spe-
cifica di refluo deve essere aggiornata per includere anche l’acqua usata per
la fluidificazione delle paste in fase di estrazione per agevolare la fuoriuscita
dell’olio. Ne consegue che la produzione di refluo acquoso raggiunge valori
che oscillano, in relazione alle caratteristiche della pasta ed alle condizioni
di estrazione, tra 1.25-1.75 volte il refluo ottenuto nel processo di estrazione
tradizionale [3]. Cio` comporta un maggior grado di diluizione delle acque di
vegetazione a fronte di una maggiore portata da trattare (tabella 1.1).
Processi mirati al miglioramento della qualita` prevedono la modifica del
ciclo di estrazione centrifuga da trifasico a bifasico, riducendo o eliminando
l’aggiunta di acqua, influenzando in tal modo l’intera filiera olearia. Pertanto,
gli impianti di estrazione olearia si stanno, attualmente, specializzando se-
condo direzioni che prevedono sempre una riduzione sensibile nell’immissione
dell’acqua in fase di processo. I suddetti sistemi innovativi di estrazione
centrifuga bifasica prevedono che la pasta olearia possa essere frazionata in
due sole fasi, olio e sansa molto umida, oppure in tre fasi e cioe` olio, sansa
meno umida e piccole frazioni di acqua. Benche` i processi bifasici di e-
strazione dell’olio non producano grandi quantita` di acque di vegetazione
essi risultano, dal punto di vista ambientale, meno adeguati dei processi
trifasici; infatti la sansa prodotta nel processo bifasico contiene sia le frazioni
solide delle olive sia il carico organico e l’acqua delle acque di vegetazione,
risultando non idonea al tradizionale smaltimento per combustione. Si viene
inoltre quasi a raddoppiare l’ammontare di sansa prodotta che peraltro non
puo` essere utilizzata per l’estrazione dell’olio con esano (olio di sansa) causa
1riferito al processo discontinuo
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1.2 Reflui del computo agro-alimentare: le acque di vegetazione
Figura 1.1: Schema del processo di estrazione dell’olio di oliva in modalita`
discontinua (A) e continua (B) [4]
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1.2 Reflui del computo agro-alimentare: le acque di vegetazione
la sua elevata umidita` (58-62%) [3]. Nel processo continuo trifasico median-
te gli impianti tradizionali si ottengono una sansa con umidita` accettabile
(48-54%) ed elevate quantita` di acqua di vegetazione.
Il problema dello smaltimento dei reflui dell’industria olearia e` particolar-
mente avvertito nei paesi del mediterraneo. Il 50% delle spese di produzione
dell’olio dipendono dallo smaltimento dei reflui [3]. Il 90% delle aziende pro-
duttrici di olio d’oliva dell’Unione Europea sono situate in Italia, Spagna e
Grecia, producendo il 98% dell’olio d’oliva d’Europa; il 97% dell’olio di oliva
nel mondo e` prodotto nell’area Mediterranea.
Una potenziale via di smaltimento dei reflui oleari e` rappresentata dalla
fertirrigazione, essendo i reflui oleari ricchi di elementi minerali e componenti
organici in grado di umificare il terreno. In materia il legislatore italiano ha
emanato il Decreto Legislativo 574/96 [2] in cui regola lo smaltimento del-
le acque di vegetazione mediante l’utilizzo della tecnica della fertirrigazione.
In esso vengono limitati i quantitativi di acque di vegetazione spargibili per
unita` di superficie nell’arco di un anno a 50 m3 per ettaro -per frantoi a
processo discontinuo- e ad 80 m3 per ettaro -per frantoi a processo continuo
trifasico. Sono disponibili molte evidenze discordanti dei possibili effetti ne-
gativi che l’applicazione dei reflui oleari tal quali, sia freschi in uscita dai
frantoi sia dopo un certo periodo di lagunaggio, ha sul suolo e sui comparti
ambientali limitrofi, quali le acque profonde e superficiali, nonche` sulla bio-
massa naturale del suolo. Il fatto che l’applicazione di reflui oleari “tal quali”,
cioe` non sottoposti ad alcun trattamento correttivo e/o migliorativo, abbia
dato e possa dare risposte sul suolo e sulle colture cos`ı diverse e contraddit-
torie, anche in funzione delle modalita` e delle dosi di spandimento, non deve
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1.2 Reflui del computo agro-alimentare: le acque di vegetazione
Parametri Processo discontinuo Processo continuo
Solidi totali (g/L) 99.7 63.5
Solidi volatili totali (g/L) 87.20 57.37
Ceneri (g/L) 9.69 6.13
TOC (g/L) 64.11 39.82
pH 4.50 4.8
BOD5(g/L) 68.71 45.5
COD (g/L) 158.18 92.5
Peso specifico (g/cm3) 1.05 1.048
Conduttivita` mmhos/cm 18.00 12
Zuccheri totali (g/L) 25.86 16.06
Grassi ed olii (g/L) 2.80 1.64
Proteine Totali (g/L) 28.30 17.91
Acidi organici (g/L) 4.88 3.21
Composti fenolici (g/L) 17.15 10.65
Tannini(g/L) 6.74 4.01
Pectine(g/L) 3.25 2.15
Potassio come K2O(g/L) 3.77 2.37
Sodio come Na2O(mg/L) 405.81 243
Calcio come CaO(mg/L) 382.11 271
Magnesio come MgO(mg/L) 74.00 50
Zolfo totale (mg/L) 101.43 63
Manganese (mg/L) 18.24 12
Rame (mg/L) 10.50 6
Tabella 1.1: Caratteristiche delle acque di vegetazione
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1.2 Reflui del computo agro-alimentare: le acque di vegetazione
sorprendere se si considera che i potenziali siti di applicazione di tali reflui
sono caratterizzati da elevata eterogeneita` chimico-fisico-biologica, differente
pratica agronomica e composizione della flora, differente clima e piovosita`.
Inoltre l’elevata salinita` e acidita` delle acque di vegetazione (tabella 1.1),
associata all’alto contenuto di sostanze polifenoliche ad effetto fitotossico,
limitano la loro applicazione nella fertirrigazione.
1.2.1 Trattamento delle acque di vegetazione
Il carattere inquinante delle AV puo` essere contenuto sottoponendo le
stesse a processi sia di tipo chimico-fisico sia biologico [5]. I processi chimico-
fisici privilegiano innanzitutto la drastica riduzione dei volumi da smaltire.
Essi comprendono la concentrazione dei reflui per distillazione o evaporazio-
ne, la filtrazione, la chiari-flocculazione e la combustione.
I processi biologici possono essere sia anaerobici sia aerobici. I primi com-
prendono il lagunaggio, il trattamento in reattori continui a perfetta misce-
lazione mediante co-digestione con matrici organiche poco refrattarie (fanghi
di depurazione) e ancora l’utilizzo di speciali tipologie di reattori a contatto
quali i reattori Up-flow Anaerobic Sludge Blanket. I processi aerobici com-
prendono il trattamento con fanghi attivi e con filtri percolatori. Entrambi
i processi prevedono la trasformazione dei composti contaminanti in elemen-
ti minerali non inquinanti e la produzione di elevate quantita` di biomassa.
Sebbene alcuni di questi processi si siano dimostrati idonei a ridurre il ca-
rattere inquinante delle acque di vegetazione, essi sono limitatamente diffusi
per l’elevato impegno economico che ciascuna impresa di macinazione delle
olive deve affrontare.
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1.3 Le biotecnologie nel biorisanamento delle acque reflue
1.3 Le biotecnologie nel biorisanamento delle
acque reflue
All’inizio del ventunesimo secolo i processi biotecnologici basati su fer-
mentazioni cellulari o trasformazioni enzimatiche trovano applicazione in
svariati campi quali quello alimentare, farmaceutico, tessile ed ambientale.
In generale l’implementazione su scala industriale dei processi biotecnolo-
gici richiede lo sviluppo combinato di sistemi biologici (enzimatici o cellulari)
di interesse e delle tecnologie industriali (individuazione ed ottimizzazione)
idonee a favorire le trasformazioni desiderate, rispondendo al tempo stesso a
requisiti di operabilita` ed economicita` di mercato. La figura 1.2 riporta uno
schema generale di una linea di processo caratterizzato dall’impiego di un
catalizzatore biologico: si possono individuare una linea di pretrattamento
(upstream), una linea di pre-coltura della fase biologica, un’unita` reattoristi-
ca (bioreattore), ed una linea di separazione e/o purificazione dei prodotti di
processo (downstream).
Sono considerati processi di upstream la sequenza delle operazioni unitarie
atte a modificare la corrente contente i substrati da trattare biologicamen-
te al fine di garantire un’elevata produttivita`. Si annoverano tra questi le
operazioni di centrifugazione/sedimentazione, sterilizzazione e filtrazione.
I processi di downstream sono mirati alla concentrazione e purificazio-
ne del prodotto. Tra questi si annoverano i processi di centrifugazione, e-
strazione, ultrafiltrazione, cromatografia, osmosi inversa, cristallizzazione ed
elettroforesi. Tipicamente in un processo di biorisanamento ambientale que-
ste operazioni sono assenti poiche´ lo scopo e` quello di ridurre/sopprimere il
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1.4 Criteri generali per lo sviluppo di un bioreattore
Figura 1.2: Schema tipo di processo biotecnologico
potere inquinante dei reflui
Il bioreattore e` un reattore in cui biosistemi2 sono preposti alla conversio-
ne/produzione di sostanze di interesse in condizioni di esercizio (brodo di col-
tura, pH, temperatura, aerazione, ecc.) idonee a massimizzare le potenzialita`
del processo.
1.4 Criteri generali per lo sviluppo di un bio-
reattore
La scelta dell’appropriata unita` reattoristica per lo sviluppo di una fer-
mentazione si basa su una accurata conoscenza dei parametri che definiscono:
• la fluidodinamica del reattore
• il trasporto di materia tra le fasi
• la cinetica di reazione
2microrganismi e/o enzimi da essi prodotti
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1.4 Criteri generali per lo sviluppo di un bioreattore
La caratterizzazione della fluidodinamica prevede la determinazione del
moto delle fasi fluide e di quelle solide, del grado di miscelazione e del campo
di pressione.
Nella maggioranza dei processi biotecnologici la fluidodinamica del siste-
ma condiziona, tra l’altro, la velocita` di trasferimento di materia tra le fasi.
L’esempio piu` peculiare e` rappresentato dalle fermentazioni aerobiche nelle
quali l’ossigeno e`, fra i nutrienti apportati, il substrato meno solubile. Come
dimostrato in letteratura, una popolazione microbica in respirazione attiva
puo` consumare l’ossigeno presente in una soluzione satura d’aria (∼ 7 mg/L)
in un tempo variabile da pochi secondi a poche decine di minuti a seconda
del microrganismo e delle altre variabili che influenzano la cinetica di respira-
zione. Tale elevata velocita` di consumo determina la necessita` di un continuo
apporto di ossigeno al sistema se si desidera preservare un’elevata produt-
tivita` e la sopravvivenza del microrganismo stesso. L’apporto di ossigeno
deve essere garantito intensificando il processo di trasferimento dell’ossigeno
dalla fase gassosa a quella liquida e questo puo` essere ottenuto agendo sul
coefficiente di trasporto globale di materia gas-liquido per unita` di volume
(KLaL).
In particolare, in condizioni stazionarie la velocita` di consumo di ossige-
no da parte del microrganismo deve uguagliare la velocita` di trasferimento
dell’ossigeno dalla fase gas alla fase liquida:
KLaL(Oeq2,L −O2,L)VL = OCR(O2,L)XVL (1.1)
dove, KL e` il coefficiente globale di trasferimento di materia liquido-gas lato
liquido, aL e` la superficie di scambio di materia liquido-gas per unita` di volu-
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