Exploiting tannery sludge as a renewable resource for platform chemicals production in a combined biological process

This thesis explores the valorization of tannery sludge, a challenging and toxic waste characterized by high levels of chromium and other pollutants, which is currently landfilled. This research opens new possibilities for its valorization by focusing on the integration of multiple technologies within a hypothetical biorefinery, with a focus on anaerobic digestion. Moreover, several parameters have been investigated, including appropriate pretreatments, temperature, hydraulic retention time, organic loading rate, and potential additives, to conduct a thorough analysis of the processes and maximize their efficiency. The results emphasize the significant potential of tannery sludge for anaerobic fermentation and digestion, allowing for the production of approximately 20.3 g CODVFA/L (under thermophilic conditions with an HRT of 8 days) and a specific gas production (SGP) of 0.52 m³/kg VS (in 30 days), to name the best outcomes reported in this thesis. After the process, the remaining sludge must still be landfilled, as Italian legislation mandates, according to the Cr level in the final solids. However, integrating this biorefinery into current practices could lead to a reduction of the sludge of around 50%, in terms of total solids. In a circularity perspective, a final step was added to reuse the CO2 produced by the previous anaerobic fermentation and digestion steps through an innovative dark-bioelectrochemical setup aimed at growing a pure strain of Rhodopseudomonas palustris to be used as single-cell proteins (SCP).

Questa tesi esplora la valorizzazione dei fanghi di conceria, un rifiuto impegnativo e tossico caratterizzato da alti livelli di cromo e altri inquinanti, attualmente smaltito in discarica. Questa ricerca apre nuove possibilità per la sua valorizzazione, concentrandosi sull'integrazione di più tecnologie in un'ipotetica bioraffineria, con un focus sulla digestione anaerobica. Inoltre, sono stati studiati diversi parametri, tra cui pretrattamenti, temperatura, tempo di ritenzione idraulica (HRT), tasso di carico organico e potenziali additivi per condurre un'analisi approfondita dei processi e massimizzarne l'efficienza. I risultati sottolineano il potenziale dei fanghi di conceria per la digestione anaerobica, consentendo la produzione di circa 20,3 g CODVFA/L (in condizioni termofile con un HRT di 8 giorni) e una produzione specifica di gas (SGP) di 0,52 m³/kg VS (in 30 giorni), per citare i migliori risultati riportati in questa tesi. Dopo il processo, i fanghi rimanenti devono essere smaltiti in discarica, come previsto dalla legislazione italiana, in base al livello di Cr. Tuttavia, l'integrazione di questa bioraffineria nelle pratiche attuali potrebbe portare a una riduzione dei fanghi di circa il 50%, in termini di solidi totali. In un'ottica di circolarità, è stato aggiunto uno step per riutilizzare la CO2 prodotta dalle fasi di digestione attraverso un innovativo setup bioelettrochimico al buio per coltivare un ceppo puro di Rhodopseudomonas palustris da utilizzare come single cell proteins (SCP).