PROGETTAZIONE INNOVATIVA E OTTIMIZZAZIONE DI UN SISTEMA BIOREATTORE A MICROALGHE: UN FOCUS DETTAGLIATO SULLA TERZA FASE

The objective of this thesis is to present a unique strategy for microalgae growth based on a three-stage bioreactor plan. The strategy emphasizes the careful design and optimization of the third reactor, which is critical to successful microalgae production. The system tackles global issues, spanning food, feed, chemicals, biofuels, and wastewater treatment by improving cultivation conditions and transforming industrial air pollutants into assets. In the first phase, UGN pellets are used to reduce H2S and collect hydrogen. The second reactor treats the rest of the solution, removing methane and generating nutrient-enriched fluid. This study focuses on the third reactor, which includes detailed drawings and modern methods employed to create the ideal environment for microalgae growth using the treated liquid feeds from the previous stages. In addition, this comprehensive study addresses technical details related to the entire bioreactor system and its development, involving in-depth considerations of the design and operation of all three stages, starting with the third one. The system deals with environmental issues by incorporating microalgae growth along with industrial air pollution mitigation, making it a cost-effective choice. This involves H2S removal, the collection of hydrogen, as well as two stages for methane removal and gas separation. This thesis provides essential information that can improve microalgae production through a combination of detailed design and technological innovation and provides guidelines for practical implementation. This case study acts as an illustration for further development of eco-friendly bioreactor systems whose benefits are not limited only to addressing environmental problems but also economic benefits.

L'obiettivo di questa tesi è presentare una strategia unica per la crescita delle microalghe basata su un piano di bioreattore in tre fasi. La strategia enfatizza l’attenta progettazione e ottimizzazione del terzo reattore, che è fondamentale per il successo della produzione di microalghe. Il sistema affronta questioni globali, che spaziano da alimenti, mangimi, prodotti chimici, biocarburanti e trattamento delle acque reflue, migliorando le condizioni di coltivazione e trasformando gli inquinanti atmosferici industriali in risorse. Nella prima fase, i pellet UGN vengono utilizzati per ridurre l’H2S e raccogliere l’idrogeno. Il secondo reattore tratta il resto della soluzione, rimuovendo il metano e generando un fluido arricchito di nutrienti. Questo studio si concentra sul terzo reattore, che include disegni dettagliati e metodi moderni impiegati per creare l'ambiente ideale per la crescita delle microalghe utilizzando i mangimi liquidi trattati dalle fasi precedenti. Inoltre, questo studio completo affronta i dettagli tecnici relativi all’intero sistema del bioreattore e al suo sviluppo, coinvolgendo considerazioni approfondite sulla progettazione e sul funzionamento di tutte e tre le fasi, a partire dalla terza. Il sistema affronta le questioni ambientali incorporando la crescita delle microalghe insieme alla mitigazione dell’inquinamento atmosferico industriale, rendendolo una scelta economicamente vantaggiosa. Ciò comporta la rimozione di H2S, la raccolta dell’idrogeno, nonché due fasi per la rimozione del metano e la separazione del gas. Questa tesi fornisce informazioni essenziali che possono migliorare la produzione di microalghe attraverso una combinazione di progettazione dettagliata e innovazione tecnologica e fornisce linee guida per l’implementazione pratica. Questo caso di studio funge da esempio per l’ulteriore sviluppo di sistemi di bioreattori ecologici i cui vantaggi non si limitano solo alla risoluzione dei problemi ambientali ma anche ai benefici economici.