Studio dell'influenza delle caratteristiche del chitosano sulla flocculazione dei sedimenti del lago Ormstrup

To tackle future food security challenges with a global population projected to reach 9 billion by 2050, the recovery of phosphorus from alternative sources becomes crucial. Phosphorus is essential for crop fertilization, but the primary source, phosphate rock, is finite and is depleting rapidly, making it increasingly expensive. As the main reserves dwindle, finding new phosphorus sources is imperative. One promising option is to utilize phosphorus stored in lake sediments, such as those in Denmark’s Lake Ormstrup, which is rich in phosphorus and in urgent need of management. Recovering this vital nutrient from such sediments could help sustain fertilizer production and address the looming scarcity of phosphorus. To address the challenge of phosphorus removal from sediments, a dewatering process involving the coagulation and flocculation of colloids is essential. Traditional flocculants, however, pose several issues, including potential links to Alzheimer’s disease, high costs associated with sludge disposal, possible production of metal hydroxide sludge, and limitations in repurposing the sludge for agricultural use. In light of these concerns, chitosan, a bio-based and non-toxic alternative, has recently attracted attention. This study explored the effectiveness of five different chitosan variants, each with distinct molar weights and fractions of acetylation, on samples from Lake Ormstrup. The thesis work is aimed to determine the potential of biopolymers in dewatering the lake sediments by examining flocculation efficiency through three metrics: turbidity of the samples, settling velocity of the agglomerates (flocs), and the dry matter content of the resulting cake. The experiments were conducted and the most effective chitosan variant and dosage for optimal performance was identified.

Per affrontare le sfide future della sicurezza alimentare con una popolazione mondiale che si prevede raggiungerà i 9 miliardi entro il 2050, il recupero del fosforo da fonti alternative diventa cruciale. Il fosforo è essenziale per la fertilizzazione delle colture, ma la fonte primaria, la roccia fosfatica, è finita e si sta esaurendo rapidamente, diventando sempre più costosa. Con il progressivo esaurimento delle principali riserve, trovare nuove fonti di fosforo è imperativo. Un'opzione promettente è quella di utilizzare il fosforo immagazzinato nei sedimenti dei laghi, come quelli del Lago Ormstrup in Danimarca, ricco di fosforo e in urgente bisogno di gestione. Recuperare questo nutriente vitale da tali sedimenti potrebbe aiutare a sostenere la produzione di fertilizzanti e affrontare l'imminente scarsità di fosforo. Per risolvere il problema della rimozione rimozione del fosforo dai sedimenti, è essenziale un processo di disidratazione che coinvolga la coagulazione e flocculazione dei colloidi. Tuttavia, i flocculanti tradizionali presentano diversi problemi, tra cui potenziali legami con la malattia di Alzheimer, alti costi associati allo smaltimento dei fanghi, possibile produzione di fanghi di idrossido di metallo e limitazioni nel riutilizzo dei fanghi per l'agricoltura. Alla luce di queste preoccupazioni, il chitosano, un'alternativa bio-based e non tossica, ha recentemente attirato l'attenzione. Questo studio ha esplorato l'efficacia di cinque diverse varianti di chitosano, ciascuna con diversi pesi molari e frazioni di acetilazione, su campioni provenienti dal Lago Ormstrup. Il lavoro di tesi mira a determinare il potenziale dei biopolimeri nel disidratare i sedimenti del lago esaminando l'efficienza della flocculazione attraverso tre parametri: la torbidità dei campioni, la velocità di sedimentazione degli agglomerati (floc) e il contenuto di sostanza secca del residuo. Gli esperimenti sono stati condotti e sono state identificate la variante di chitosano e il dosaggio più efficaci per una prestazione ottimale.