Studio della Flora Elettrogenica in Celle a Combustibile Microbiche alimentate a FORSU

Studio della flora elettrogenica in celle a combustibile microbiche alimentate a FORSU Universit degli Studi di Napoli ParthenopeDipartimento di Scienze e TecnologieCorso di Laurea in Scienze Biologiche

Tesi sperimentale in Microbiologia GeneraleRelatore: Chiar.mo Prof. Vincenzo PasqualeCorrelatore: Dott.ssa Rosa Anna NastroCandidato: Antonio De GaetanoMatricola: 0123000931Buongiorno a tutti presento un lavoro sperimentale dal titolo : In questo lavoro, ci siamo occupati di valorizzare la FORSU attraverso una biotecnologia, questa biotecnologia quella delle MFCs1Microbial Fuel Cells - MFCsMFC a singolo compartimento MFC a compartimenti separati [P. Cristiani, personal communication, 2015]O2H2OloadAnodoCatodobacteriaCO2Substrato organicoe-O2H+e-AnodoCatodobacteriaCO2Refluie-e-H+loadH2OLe MFC sono biotecnologie che consentono la produzione di energia elettrica da substrati organici mediante il metabolismo microbico. Esse esistono in 2 configurazioni:2

[Mao and Verwoerd, 2014]NanowiresManganese [Mn(IV)], Ferro [Fe(III)]e composti organici[Lovley et al., 2004]ElettrogenicitLelettrogenicit stata studiata in vari batteri tra cui Geobacter sulfirreducens e Shewanella oneidensis ( Metallo riduttore usa il Manganese )3

AdesioneCrescitaMaturazioneDispersione una strategia ecologicaStress chimici e fisiciAntibioticiStress biologiciDiversit genetica e metabolicaMulticellularitAccumulo di carica elettricaBiofilmLa caratteristica del biofilm che pi ci ha interessato quella di accumulare carica elettrica.4

[Rabaey et al., 2005]Fenazine

Batteri scambiano elettroni direttamente con lanodo.Il biofilm elettroattivoBatterio produce mediatori che trasportano elettroni allanodo.

Il mediatore fa da tramite tra una specie batterica produttrice ed unaltra che cede elettroni allanodo.

Il mediatore utilizzato da specie diverse dalle produttrici.

Fenazine, sono benzodiazine. I batteri, in particolar modo i fototrofi le producono e le usano come coppie redox. In P. aureginosa inoltre un derivato della fenazina, la pyocianina consente un migliore sviluppo del biofilm, soprattutto nella colonizzazione delle vie aeree e dei polmoni. 5

FermentazioneSlurry

Composizione del rifiuto utilizzato come combustibile:Ramoscelli: 80% Fogliame: 10%Residui di arbusti: 10%28% solido72% liquidoFrazione Organica del Rifiuto Solido Urbano

GrafiteRaccolta del biogasIncubazione per 6 settimane a 22Ccon pH 5.0 2 MFC: BioslurryMicrobiologicheCampionamento del BiofilmIsolamento Identificazione molecolareChimiche ed ElettrochimicheStandard Methods 2010GC-MS Voltammetria ciclicaPerformance elettricheDifferenza di potenziale in OCVDensit di potenzaDensit di correnteAnalisi effettuate8Analisi microbiologiche sugli elettrodiRisultati e discussioneDensit batterica al catodo maggiore rispetto allanodo, in quanto al catodo molto probabile che si sia formato un microambiente che ha consentito la crescita di batteri microaerofili.9

Gram + , Catalasi -, asporigeni;Anaerobi aerotolleranti;AcidofiliLidentificazione molecolare ha mostrato la prevalenza di Lactobacillus casei

Lactobacillus sp.10Analisi elettrochimiche: i voltammogrammi

interferenze causateda ioni metalliciRisultati e discussionePicco a -400mV dovuto alla ossidazione di un citocromo, ci non ci stupisce in quanto in varie specie di Lattobacilli sono stati trovate catene respiratorie incomplete e citocromi. Al picco di ossidazione non corrisponde un picco di riduzione, quindi il processo , almeno apparentemente, sembra irreversibile. Inoltre stato possibile valutare il potenziale redox della specie anche a pH acido con l equazione di mortimer http://online.scuola.zanichelli.it/analisichimicastrumentale/files/2014/01/2.11_Misura-di-potenziale-redox1.pdf : E7 = Ex + 0,1984 T (x 7)11Performancedella MFC: curva di potenzaRisultati e discussioneAnalisi chimiche sullo slurryParametriUnitRifiutoSlurrySlurry digeritopH4,94,64,5CODmg/L675007500013200BOD5mg/L3600310080TOCmg/L1662574352798NH4+ mg/L16529,098,7PTOTmg/L96,571,019,0COD: ridotta del 94,3%BOD5: ridotta del 97,4%TOC: ridotta del 62,4%Risultati e discussioneParametriUnitRifiutoSlurrySlurry digeritoNa+mg/L10916541963K+mg/L949488246Ca2+mg/L645144172711Mg2+mg/L28518798,8Cl-mg/L5512831167SO42-mg/L21711170,2Aumento dellammoniaca, probabilmente dovuto al fatto che il Nitrato stato utilizzato come accettore di elettroni da alcuni batteri. 13

Capacit dei lattobacilli di produrre biofilm elettroattivi;In base alla soddisfacente riduzione di COD e BOD5 la MFC ha evidenziato ottime performance come bioreattore;Contribuito alla valorizzazione della FORSU.Conclusioni

[Ieropoulos et al., 2013]

[Luo et al., 2012]

[Hea et al., 2007]

[Loveley, 2006]

[Ieropoulos et al., 2010] ed applicazioniGrazie per lattenzione !

Grazie per lattenzione !

Risultati e discussionePerformancedella MFC : curva di polarizzazione