IT201900015210A1 - SYSTEM FOR THE RESTORATION OF POLLUTING MATRICES USING MICROBIOLOGICAL FUEL CELLS - Google Patents

SYSTEM FOR THE RESTORATION OF POLLUTING MATRICES USING MICROBIOLOGICAL FUEL CELLS Download PDF

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IT201900015210A1
IT201900015210A1 IT102019000015210A IT201900015210A IT201900015210A1 IT 201900015210 A1 IT201900015210 A1 IT 201900015210A1 IT 102019000015210 A IT102019000015210 A IT 102019000015210A IT 201900015210 A IT201900015210 A IT 201900015210A IT 201900015210 A1 IT201900015210 A1 IT 201900015210A1
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IT
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polluted
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fuel cell
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IT102019000015210A
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Inventor
Antonio Cappa
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Antonio Cappa
Di Martino Mariarosaria
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Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:

“SISTEMA PER IL RISANAMENTO DI MATRICI INQUINANTI MEDIANTE CELLE A COMBUSTIBILE MICROBIOLOGICHE” "SYSTEM FOR THE RESTORATION OF POLLUTING MATRICES USING MICROBIOLOGICAL FUEL CELLS"

Descrizione Description

Settore della tecnica Technical sector

La presente invenzione si riferisce al campo della chimica ed in particolare al campo dell’elettrochimica in applicazioni di risanamento ambientale. Più in dettaglio la presente invenzione concerne un particolare sistema di risanamento di matrici ambientali come suoli, falde, sedimenti, reflui e simili, da inquinanti quali, a titolo esemplificativo e non limitativo, idrocarburi e metalli. Il detto sistema si caratterizza per il fatto di impiegare una particolare tipologia di celle microbiologiche a combustibile, che prevedono l’uso di peculiari elettrodi, ed uno specifico inoculo batterico per il substrato/matrice da trattare. The present invention refers to the field of chemistry and in particular to the field of electrochemistry in environmental remediation applications. More in detail, the present invention relates to a particular system for the rehabilitation of environmental matrices such as soils, aquifers, sediments, wastewater and the like, from pollutants such as, by way of non-limiting example, hydrocarbons and metals. The said system is characterized by the fact that it uses a particular type of microbiological fuel cells, which involve the use of specific electrodes, and a specific bacterial inoculum for the substrate / matrix to be treated.

Arte nota Known art

Ad oggi, il recupero di matrici ambientali inquinate può essere ottenuto mediante trattamenti chimico-fisici e/o biologici che possono essere effettuati ex-situ o in situ. La scelta di un trattamento piuttosto che di un altro viene effettuata in base alla tipologia di substrato da risanare e dall’estensione dell’area da trattare. I trattamenti ex-situ comportano la rimozione del terreno/sedimento contaminato dall’area interessata dall’inquinamento che può essere trattato on site oppure off site. Nel primo caso il terreno viene rimosso per essere trattato in un impianto mobile sul posto; nel secondo caso l’impianto di trattamento è ubicato in un luogo distante dalla zona che necessita di bonifica. I trattamenti ex-situ sono basati su processi chimico fisici con dispendio di risorse sia in termini monetari che energetici che ambientali (emissioni di CO2, consumo inquinamento acque, etc.). Tra i trattamenti ex-situ si elencano: To date, the recovery of polluted environmental matrices can be obtained through chemical-physical and / or biological treatments that can be carried out ex-situ or in situ. The choice of one treatment rather than another is made based on the type of substrate to be restored and the extent of the area to be treated. Ex-situ treatments involve the removal of contaminated soil / sediment from the area affected by the pollution which can be treated on site or off site. In the first case, the soil is removed to be treated in a mobile plant on site; in the second case, the treatment plant is located in a place distant from the area that needs remediation. The ex-situ treatments are based on chemical-physical processes with a waste of resources both in monetary, energy and environmental terms (CO2 emissions, water pollution consumption, etc.). Among the ex-situ treatments are listed:

- Soilwashing: avviene in appositi impianti. Esso consiste nella vagliatura, triturazione, omogeneizzazione dei terreni/sedimenti inquinati, con successivo lavaggio con getti d’acqua (spesso additivata con tensioattivi) ad alta pressione. L’acqua di processo viene poi sottoposta a trattamento di depurazione. È solitamente applicato a terreni con granulometria media o grossolana. - Soilwashing: takes place in special plants. It consists in the screening, grinding, homogenization of polluted soils / sediments, with subsequent washing with high pressure water jets (often additives with surfactants). The process water is then subjected to purification treatment. It is usually applied to soils with medium or coarse grain size.

- Soilextration: consiste nell’estrazione degli inquinanti dal terreno. È una tecnica indicata per la bonifica di terreni inquinati da composti organici volatili. - Soilextration: consists in the extraction of pollutants from the ground. It is a technique suitable for the remediation of soils polluted by volatile organic compounds.

- Inertizzazione: consiste nell’inglobamento di matrici contaminate in materiali inerti al fine di confinarle in discarica. È indicato per terreni e fanghi contaminati da metalli pesanti, olii, idrocarburi policiclici aromatici, PCBs. - Inertization: consists in the incorporation of contaminated matrices in inert materials in order to confine them to landfills. It is suitable for soils and sludge contaminated by heavy metals, oils, polycyclic aromatic hydrocarbons, PCBs.

- Vetrificazione o dual phase extraction: la tecnica consiste nell’estrarre acqua di falda contaminata presente nella zona satura del terreno con risalita di contaminanti presenti nel suolo e successivo trattamento dell’acqua. Non è indicata nei casi di inquinamento diffuso o di falde profonde. - Vitrification or dual phase extraction: the technique consists in extracting contaminated groundwater present in the saturated area of the soil with rising contaminants present in the soil and subsequent water treatment. It is not indicated in cases of diffuse pollution or deep aquifers.

- Desorbimento termico. La tecnica consiste nella vaporizzazione dei composti senza ossidazione né distruzione degli stessi. Essa può essere realizzata mediante estrazione con vapore o riscaldamento a radio frequenze. - Thermal desorption. The technique consists in the vaporization of the compounds without oxidation or destruction of the same. It can be achieved by steam extraction or radio frequency heating.

- Termodistruzione. - Thermal destruction.

Tra i trattamenti in-situ si elencano: Among the in-situ treatments are listed:

- Soil vapour extraction: è indicato per la bonifica dei terreni contaminati da composti organici volatili estratti sotto forma di vapore e trattati in superficie. - Soil vapor extraction: it is indicated for the reclamation of soils contaminated by volatile organic compounds extracted in the form of steam and treated on the surface.

- Air sparging: attraverso l’iniezione d’aria in pressione, permette di effettuare lo strippaggio dei contaminanti presenti nei terreni da bonificare. - Pump & Treat: il pump and treat è una tecnica di bonifica del suolo contaminato che consiste nel pompaggio e trattamento in superficie delle acque di falda inquinate. Questa tecnica permette la bonifica dei terreni inquinati mediante la rimozione di contaminanti miscibili ed anche LNAPL (composti organici più leggeri dell’acqua, quali benzene, gasolio, oli minerali, kerosene, BITEX, alcani) in fase libera e di DNAPL (sostanze organiche liquide più dense dell’acqua, quali solventi clorurati e idrocarburi alogenati). - Air sparging: through the injection of pressurized air, it allows to carry out the stripping of contaminants present in the land to be reclaimed. - Pump & Treat: pump and treat is a contaminated soil remediation technique that consists of pumping and surface treatment of polluted groundwater. This technique allows the remediation of polluted soils by removing miscible contaminants and also LNAPL (organic compounds lighter than water, such as benzene, diesel, mineral oils, kerosene, BITEX, alkanes) in the free phase and DNAPL (liquid organic substances denser than water, such as chlorinated solvents and halogenated hydrocarbons).

- Chemical oxidation: consiste nell’iniettare nel sottosuolo ossidanti di origine chimica, quali perossido di idrogeno o permanganato di potassio. - Biorisanamento: tali tecniche, per suoli o sedimenti, sono basate sul metabolismo di microrganismi e piante in grado di degradare o sequestrare gli inquinamenti che possono eventualmente accumularsi nei tessuti vegetali (i metalli, per esempio) o semplicemente essere ridotti in composti più semplici che possono essere usati come fonte di energia e di carbonio. Ai fini della comprensione della presente invenzione, qui di seguito dettagliatamente descritta, è di interesse indicare che tra i vari inquinanti figurano gli idrocarburi, queste sostanze sono tipicamente costituite da diverse frazioni, tra le quali quella degli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA), di particolare interesse scientifico a causa della loro tossicità e potenziale mutageno sia nei confronti dell’uomo che degli altri organismi viventi. Più in generale, gli effetti deleteri degli idrocarburi sull’ambiente sono legati alla densità della miscela, la tendenza ad evaporare, la viscosità ed il pour point, che indica la temperatura più bassa a cui un combustibile può essere conservato mantenendo la capacità di fluire. La tecnologia delle pile a combustibile microbiologiche, da qui in seguito “Microbial Fuel Cells (MFCs)”, nel corso dell’ultimo ventennio ha dimostrato significative potenzialità nel trattamento di risanamento in situ mediante l’aumento dell’attività di degradazione dei batteri, nei confronti di queste sostanze, attraverso l’elettrogenesi invece che per mezzo dell’ossigenazione spinta e l’uso di solventi. Questo aspetto rappresenta di per sé un primo guadagno in termini di energia e risorse da impiegare per le operazioni in biorisanamento. Altro vantaggio insito nell’utilizzo delle MFC è nella produzione di corrente elettrica che può essere utilizzata per alimentare dispositivi elettronici per il monitoraggio ambientale o per la gestione della MFCs. Queste peculiarità rendono la tecnologia delle celle microbiche perfettamente inseribile tra le tecnologie “verdi”. - Chemical oxidation: consists of injecting oxidants of chemical origin into the subsoil, such as hydrogen peroxide or potassium permanganate. - Bioremediation: these techniques, for soils or sediments, are based on the metabolism of microorganisms and plants capable of degrading or sequestering the pollutions that may eventually accumulate in plant tissues (metals, for example) or simply be reduced into simpler compounds that they can be used as a source of energy and carbon. For the purposes of understanding the present invention, described in detail below, it is of interest to indicate that among the various pollutants are hydrocarbons, these substances are typically made up of different fractions, including that of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), of particular scientific interest due to their toxicity and mutagenic potential both towards man and other living organisms. More generally, the deleterious effects of hydrocarbons on the environment are related to the density of the mixture, the tendency to evaporate, the viscosity and the pour point, which indicates the lowest temperature at which a fuel can be stored while maintaining the ability to flow. The technology of microbiological fuel cells, hereinafter referred to as "Microbial Fuel Cells (MFCs)", over the last twenty years has shown significant potential in the in situ remediation treatment by increasing the degradation activity of bacteria, in comparisons of these substances, through electrogenesis instead of through oxygenation and the use of solvents. This aspect in itself represents a first gain in terms of energy and resources to be used for bioremediation operations. Another advantage inherent in the use of MFCs is in the production of electricity that can be used to power electronic devices for environmental monitoring or for the management of MFCs. These peculiarities make the technology of microbial cells perfectly insertable among the "green" technologies.

Le Microbial Fuel Cells (MFCs) sono sistemi in cui i batteri, utilizzando le molecole organiche come fonte di carbonio ed energia, scambiano elettroni con un elettrodo posto in un ambiente in cui non c’è ossigeno (anodo) collegato mediante un circuito esterno ad un altro elettrodo, il catodo, posto in un ambiente in cui c’è ossigeno o, comunque, un accettore di elettroni. In seguito alla differenza di potenziale tra gli elettrodi, si realizza un flusso elettronico, una corrente elettrica, che può essere agevolmente misurata da un multimetro. Contemporaneamente al flusso esterno di elettroni, si realizza un flusso di protoni (ioni H+) interno alla cella, causato dalla differenza di concentrazione di tali ioni tra comparto anodico e catodico. Infine, sulla superficie del catodo gli elettroni provenienti dall’anodo vengono “catturati” da una molecola che funge da accettore di elettroni e di protoni, formando una molecola ridotta. Nel caso in cui l’accettore è l’ossigeno, il prodotto finale è l’acqua. Microbial Fuel Cells (MFCs) are systems in which bacteria, using organic molecules as a source of carbon and energy, exchange electrons with an electrode placed in an environment where there is no oxygen (anode) connected via an external circuit to another electrode, the cathode, placed in an environment in which there is oxygen or, in any case, an electron acceptor. Following the potential difference between the electrodes, an electronic flow is created, an electric current, which can be easily measured by a multimeter. Simultaneously with the external flow of electrons, there is a flow of protons (H + ions) inside the cell, caused by the difference in concentration of these ions between the anodic and cathodic compartment. Finally, on the surface of the cathode the electrons coming from the anode are "captured" by a molecule that acts as an acceptor of electrons and protons, forming a reduced molecule. If the acceptor is oxygen, the final product is water.

Le MFCs possono trovare diverse applicazioni, prima fra tutte il trattamento delle acque reflue, fanghi, sedimenti e terreni contaminati da metalli e/o idrocarburi ed altre sostanze organiche (per esempio composti organoclorurati). Recentemente è stata dimostrata la possibilità di accoppiare il consumo di sostanze organiche disciolte in acqua con la sintesi di composti organici a partire da anidride carbonica. Vista l’elevata versatilità del metabolismo microbico, le MFCs possono essere virtualmente alimentate con qualsiasi composto organico, anche in presenza di metalli pesanti. In poche parole i sistemi bioelettrochimici si comportano come delle pile in cui non ci sono catalizzatori chimici come i metalli, ma batteri che operano la biocatalisi. I vantaggi della tecnologia MFCs possono essere riassunti nei seguenti punti: MFCs can find different applications, first of all the treatment of waste water, sludge, sediments and soils contaminated by metals and / or hydrocarbons and other organic substances (for example organochlorine compounds). The possibility of coupling the consumption of organic substances dissolved in water with the synthesis of organic compounds starting from carbon dioxide has recently been demonstrated. Given the high versatility of microbial metabolism, MFCs can be virtually fed with any organic compound, even in the presence of heavy metals. In short, bioelectrochemical systems behave like batteries in which there are no chemical catalysts such as metals, but bacteria that operate biocatalysis. The advantages of MFCs technology can be summarized in the following points:

- Recupero di energia da processi di disinquinamento sotto forma di elettricità. Attualmente è stimato un recupero energetico da celle microbiche dell’ordine delle decine di W/m<2 >di superficie catodica/anodica impiegata. - Energy recovery from clean-up processes in the form of electricity. Currently an energy recovery from microbial cells is estimated in the order of tens of W / m <2> of cathodic / anodic surface used.

- Possibilità di accoppiare la rimozione di inquinanti con la biosintesi di molecole di interesse industriale e con la fissazione di CO2 mediante biosintesi di composti organici. - Possibility of coupling the removal of pollutants with the biosynthesis of molecules of industrial interest and with the fixation of CO2 through the biosynthesis of organic compounds.

- Le MFCs possono operare a temperatura ambiente. - MFCs can operate at room temperature.

- Scarsa o nessuna necessità di aggiungere nutrienti o ossigeno per favorire il processo di degradazione della sostanza organica. - Little or no need to add nutrients or oxygen to favor the degradation process of the organic substance.

- Uso di materiali poco costosi e scarso impatto ambientale per la costruzione dei dispositivi. - Use of inexpensive materials and low environmental impact for the construction of the devices.

- Versatilità nel design dei sistemi che possono essere progettati “ad hoc”, a seconda delle applicazioni previste. - Versatility in the design of the systems that can be designed "ad hoc", according to the foreseen applications.

- Il processo bilancio neutro per quel che riguarda l’anidride carbonica.: in poche parole, non ci sono emissioni nette di biossido di carbonio. - The carbon neutral balance process: in a nutshell, there are no net emissions of carbon dioxide.

- Lo sviluppo e la commercializzazione di una tale tecnologia può portare al soddisfacimento del bisogno espresso dal mercato di sistemi di risanamento caratterizzati da costi più contenuti. - The development and commercialization of such a technology can lead to the satisfaction of the need expressed by the market for remediation systems characterized by lower costs.

Rispetto ai sistemi micro-elettrolitici (Microbial Electrolysis Cells- MECs) in cui il processo degradativo è di natura prevalentemente elettrochimica, la degradazione della sostanza organica nelle MFCs è guidata dal metabolismo batterico in un processo che trova il suo equilibrio spontaneamente. A differenza delle MEC (Microbial Electrochemical cells) nelle MFCs non c’è necessità di applicare una sorgente di potenziale esterno. Tuttavia, in alcuni casi può essere opportuno agire sui potenziali elettrodici al fine di facilitare la rimozione di molecole particolarmente recalcitranti e/o metalli. A tal fine è possibile utilizzare sistemi a più elettrodi (per esempio a due o più catodi) connessi a specifiche resistenze, convogliare agli elettrodi l’energia prodotta da altre MFCs alimentate con gli stessi substrati inquinati o con altre matrici (acque reflue, per esempio). In alternativa, è possibile applicare un potenziale esterno mediante uso di batterie (da 1.5 V, per esempio) o distribuendo energia elettrica (da mA o A a seconda dei volumi da trattare) prodotta da celle fotovoltaiche. Compared to micro-electrolytic systems (Microbial Electrolysis Cells-MECs) in which the degradation process is mainly electrochemical in nature, the degradation of the organic substance in MFCs is driven by bacterial metabolism in a process that finds its balance spontaneously. Unlike MECs (Microbial Electrochemical cells) in MFCs there is no need to apply an external potential source. However, in some cases it may be appropriate to act on the electrode potentials in order to facilitate the removal of particularly recalcitrant molecules and / or metals. To this end it is possible to use systems with more electrodes (for example with two or more cathodes) connected to specific resistances, to convey to the electrodes the energy produced by other MFCs fed with the same polluted substrates or with other matrices (waste water, for example ). Alternatively, it is possible to apply an external potential through the use of batteries (1.5 V, for example) or by distributing electrical energy (from mA or A depending on the volumes to be treated) produced by photovoltaic cells.

Scopo della presente domanda di brevetto è quello di proporre una nuova tipologia di MFCs con caratteristiche tali da ottimizzare consistentemente il processo degradativo della sostanza organica inquinante. The purpose of the present patent application is to propose a new type of MFCs with characteristics such as to consistently optimize the degradation process of the polluting organic substance.

Ai vantaggi già citati si unisce la logistica semplificata (non è necessario movimentare i terreni/sedimenti), il recupero energetico realizzato attraverso l’elettrogenesi: dai processi di biorisanamento è possibile recuperare elettricità da reimpiegare nel processo di risanamento stesso oppure in altre applicazioni. Con lo sviluppo di nuovi materiali elettrodici e di sistemi di gestione della potenza generata sarà possibile incrementare ulteriormente le prestazioni di tali sistemi. Tali vantaggi si traducono altresì nell’aumento della competitività delle aziende che ne fanno uso. The advantages already mentioned are combined with simplified logistics (it is not necessary to move soils / sediments), energy recovery achieved through electrogenesis: from the bioremediation processes it is possible to recover electricity to be reused in the remediation process itself or in other applications. With the development of new electrode materials and systems for managing the generated power, it will be possible to further increase the performance of these systems. These advantages also translate into an increase in the competitiveness of the companies that use them.

Descrizione dell’invenzione Description of the invention

Secondo la presente invenzione viene descritto un nuovo sistema e specificatamente un sistema basato su una nuova tipologia di MFCs che, in quanto sistemi “eco compatibili” a zero emissioni e zero utilizzo di sostanze potenzialmente dannose, sono in linea con il bisogno percepito dall’opinione pubblica di avere a disposizione tecnologie in grado di migliorare la qualità dell’ambiente e, quindi, ridurre i rischi per la salute umana e non solo. La possibilità di produrre ed impiegare energia da fonte rinnovabile ad emissioni di CO2 praticamente nulle, in quanto il processo è completamente basato sul metabolismo batterico, si rivela difatti un aspetto di indubbio interesse anche commerciale. According to the present invention, a new system is described and specifically a system based on a new type of MFCs which, as "eco-compatible" systems with zero emissions and zero use of potentially harmful substances, are in line with the need perceived by the opinion publishes that it has technologies that can improve the quality of the environment and, therefore, reduce the risks to human health and beyond. The possibility of producing and using energy from a renewable source with practically zero CO2 emissions, as the process is completely based on bacterial metabolism, is in fact an aspect of undoubted commercial interest.

Le MFCs secondo la presente invenzione comprendono elettrodi in grafite ed un ulteriore rivestimento in tessuto di carbonio. The MFCs according to the present invention comprise graphite electrodes and a further carbon fabric coating.

Vantaggiosamente dette celle sono risultate essere compatibili completamente con la crescita spontanea di piante, favorendone lo sviluppo, soprattutto in paragone con terreni non trattati. È a tal proposito di interesse puntualizzare che la crescita di piante, attraverso le interazioni tra batteri e radici, accelera i processi di degradazione di sostanze organiche. I sottoprodotti di tale degradazione possono, poi, essere assimilati dalle piante stesse. Nel caso di metalli, per esempio, essi possono cambiare stato di ossidazione in seguito a metabolismo microbico ed eventualmente essere anch’essi assimilati dalle piante ed accumulati nei tessuti. Advantageously, said cells were found to be completely compatible with the spontaneous growth of plants, favoring their development, especially in comparison with untreated soils. In this regard, it is of interest to point out that the growth of plants, through the interactions between bacteria and roots, accelerates the degradation processes of organic substances. The by-products of this degradation can then be assimilated by the plants themselves. In the case of metals, for example, they can change the oxidation state following microbial metabolism and possibly also be assimilated by plants and accumulated in the tissues.

Più in dettaglio, le MFCs secondo la presente invenzione sono sistemi basati sull’uso di elettrodi in combinazione con un inoculo batterico composto da almeno 10 ceppi microbici appartenenti alle famiglie delle bacillaceae, Enterobacteriaceae, Staphilococcaceae, Xanthomonadaceae a Pseudomonadaceae per il trattamento di suoli, sedimenti, reflui, contaminati da sostanze organiche (idrocarburi compresi). Per quel che riguarda gli elettrodi, le loro dimensioni possono variare da poche decine di centimetri a qualche metro a seconda delle dimensioni dei volumi (solidi o liquidi) da trattare. Per quel che riguarda i materiali elettrodici, essi possono essere scelti tra barre di grafite rivestite da tessuto in fibra di carbonio, barre o reti metalliche contenenti granuli di biochar dalle dimensioni variabili tra 0,3 a 2,0 cm, ma anche PLA-graphene conduttivo e PLA-grafite in grado di essere lavorati mediante stampante 3D. L’uso della stampante 3D permette in questo caso di esplorare, per applicazioni in campo, anche diverse conformazioni elettrodiche come lamine di geometria quadrata o rettangolare con superficie integra o con fori/fessure attraverso cui si può realizzare il flusso di acque/reflui da trattare. Il mix batterico utilizzato nelle celle secondo la presente invenzione comprende i seguenti ceppi microbici isolati da polveri fortemente inquinate da idrocarburi ed identificati mediante analisi del rDNA 16S: Alcanigenes faecalis, Achromobacter spp., Pseudomonas anguilliseptica I e II, Xantomonas spp., Staphylococcus succinus, Bacillus mojavensis, Enterobacter aerogenes, Arthrobacter misorens, Stenotrophomonas spp. L’efficacia del detto mix batterico nel rimuovere idrocarburi e ridurre la tossicità in matrici contaminate, con particolare riguardo ad idrocarburi policiclici aromatici, è stata dimostrata per cinque IPA tra i sedici prioritari (naftalene, antracene, fenantrene, pirene, benzo(a)pirene) in prove effettuate sia in bioreattori contenenti terreni contaminati che in soluzione acquosa. In quest’ultimo caso le prove sono state effettuate sia in presenza e che in assenza di elettrodi. More in detail, the MFCs according to the present invention are systems based on the use of electrodes in combination with a bacterial inoculum composed of at least 10 microbial strains belonging to the families of the bacillaceae, Enterobacteriaceae, Staphilococcaceae, Xanthomonadaceae and Pseudomonadaceae for the treatment of soils, sediments , waste, contaminated by organic substances (including hydrocarbons). As for the electrodes, their dimensions can vary from a few tens of centimeters to a few meters depending on the size of the volumes (solid or liquid) to be treated. As for the electrode materials, they can be chosen from graphite bars coated with carbon fiber fabric, bars or metal meshes containing biochar granules ranging in size from 0.3 to 2.0 cm, but also PLA-graphene conductive and PLA-graphite capable of being processed by 3D printer. The use of the 3D printer allows in this case to explore, for applications in the field, also different electrode conformations such as sheets of square or rectangular geometry with an intact surface or with holes / slits through which the flow of water / wastewater to be treated can be realized. . The bacterial mix used in the cells according to the present invention includes the following microbial strains isolated from heavily polluted dusts by hydrocarbons and identified by analysis of the 16S rDNA: Alcanigenes faecalis, Achromobacter spp., Pseudomonas anguilliseptica I and II, Xantomonas spp., Staphylococcus succinus, Bacillus mojavensis, Enterobacter aerogenes, Arthrobacter misorens, Stenotrophomonas spp. The effectiveness of said bacterial mix in removing hydrocarbons and reducing toxicity in contaminated matrices, with particular regard to polycyclic aromatic hydrocarbons, has been demonstrated for five PAHs among the sixteen priority (naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, benzo (a) pyrene ) in tests carried out both in bioreactors containing contaminated soils and in aqueous solution. In the latter case, the tests were carried out both in the presence and in the absence of electrodes.

Il mix microbico ha fatto registrare in soluzione acquosa (dopo 5 settimane a 20°C) una rimozione dei IPA totali superiore al 90%, e del 62% e 73% per quel che riguarda COD e TOC, in presenza di elettrodi. La rimozione è stata inferiore senza l’aiuto dell’elettrogenesi, con valori di circa l’80% per gli IPA totali 18% per la COD e del 30% per il TOC. In bioreattori con terreni contaminati, lo stesso consorzio ha fatto registrare, dopo un mese di trattamento, una diminuzione compresa tra circa l’8% ed il 79,4% a seconda dell’idrocarburo considerato. In tutti i casi, i saggi ecotossicologici su Lepidium sativum, Daphnia magna e Ceriodaphnia dubia hanno registrato una diminuzione della tossicità acuta, ma non di quella cronica. Sia per le sospensioni in fase acquosa che sul terreno si è registrato anche un leggero effetto stimolante su Lepidium sativum, con incremento del tasso di germinazione delle piante. Con il sistema di celle secondo la presente invenzione inoculate con terreno inquinato da idrocarburi, l’attività del mix batterico adoperato ha comportato un’accelerazione della degradazione degli IPA, in particolare delle molecole a 5 e 6 anelli aromatici e dell’antracene (3 anelli aromatici), con tassi degradativi varianti tra il 21% del Benzo[k]fluoranthene al 60% dell’antracene in 4 settimane di attività ad una temperatura ambientale compresa tra i 12 ed i 17°C. Per quel che riguarda l’effetto sulle piante, si è ridotto tasso di appassimento delle piantine rispetto ai controlli non contenti l’inoculo batterico. The microbial mix showed in aqueous solution (after 5 weeks at 20 ° C) a removal of the total PAHs of more than 90%, and of 62% and 73% as regards COD and TOC, in the presence of electrodes. Removal was lower without the help of electrogenesis, with values of about 80% for total PAHs, 18% for COD and 30% for TOC. In bioreactors with contaminated soils, the same consortium recorded, after a month of treatment, a decrease of between about 8% and 79.4% depending on the hydrocarbon considered. In all cases, ecotoxicological tests on Lepidium sativum, Daphnia magna and Ceriodaphnia dubia showed a decrease in acute, but not chronic, toxicity. Both for the suspensions in the aqueous phase and on the ground, a slight stimulating effect was also recorded on Lepidium sativum, with an increase in the germination rate of the plants. With the cell system according to the present invention inoculated with soil polluted by hydrocarbons, the activity of the bacterial mix used led to an acceleration of the degradation of PAHs, in particular of the molecules with 5 and 6 aromatic rings and of anthracene (3 rings aromatics), with degradation rates ranging from 21% of Benzo [k] fluoranthene to 60% of anthracene in 4 weeks of activity at an ambient temperature between 12 and 17 ° C. As for the effect on plants, the wilting rate of the seedlings was reduced compared to controls not content with bacterial inoculation.

Su scala di laboratorio, le celle MFCs di biorisanamento secondo la presente invenzione possono comprendere almeno un anodo formato da due elettrodi connessi in parallelo da un cavo elettrico dotato di guaina e da due catodi anch’essi connessi in parallelo. Gli elettrodi sono stati tipicamente e a titolo esemplificativo e non limitativo, costruiti nel seguente modo: On a laboratory scale, the bioremediation MFCs cells according to the present invention may include at least one anode formed by two electrodes connected in parallel by an electrical cable with sheath and by two cathodes also connected in parallel. The electrodes were typically and by way of non-limiting example, constructed as follows:

- Una barra di grafite pura della lunghezza di 5 cm, diametro di 0,5 cm (17 cm<2 >di superficie) è stata avvolta in 25 cm di filo collettore costituito da una lega nikel/cromo 80/20 (0,25 mm di diametro, 4 Ohm di resistenza) con spire distanti in media 1 cm le une dalle altre. Il tessuto in carbonio è stato fissato sulla barra di grafite mediante l’uso di altri 15 cm di filo Ni/Cr -80/20 (0,25 mm in diametro, 4 Ohm di resistenza, spire a 1,3 cm di distanza). - A 5 cm long pure graphite bar, 0.5 cm diameter (17 cm <2> of surface) was wrapped in 25 cm of collector wire made of an 80/20 nickel / chromium alloy (0.25 mm in diameter, 4 Ohm of resistance) with turns at an average distance of 1 cm from each other. The carbon fabric was fixed on the graphite bar using another 15 cm of Ni / Cr -80/20 wire (0.25 mm in diameter, 4 Ohm of resistance, turns 1.3 cm apart) .

- I due fili collettori di Ni/Cr (quello interno e quello esterno) di ciascun elettrodo sono stati inseriti in crimps in alluminio (diametro interno 1 mm, esterno 2 mm, lunghezza 8 mm). I cavi di Ni/Cr sono stati ricoperti ed assicurati al crimp mediante guaina termorestrigente. - The two Ni / Cr collector wires (the internal and the external one) of each electrode have been inserted in aluminum crimps (internal diameter 1 mm, external 2 mm, length 8 mm). The Ni / Cr cables were covered and secured to the crimp by means of a heat shrinkable sheath.

- Infine, un cavo elettrico è stato collegato con il crimp e le giunzioni sono state ricoperte con nastro isolante. - Finally, an electrical cable was connected with the crimp and the joints covered with electrical tape.

Una volta pronti, gli anodi ed i catodi possono essere posti in contenitori (celle) contenenti suoli o in sedimenti, a profondità e con orientazioni variabili, ferma restando una distanza tra anodo e catodo non superiore ai 5 cm per elettrodi del diametro di 0,5 cm. Per sistemi scalati, è previsto un rapporto approssimativo tra distanza anodo-catodo e diametro anodo compreso tra 6 e 10. Vista l’assenza di un ponte salino in grado di connettere gli elettrodi è necessario che il suolo abbia un contenuto percentuale di acqua non inferiore al 10% w/w il sistema potrà includere il set-up di un layout a due camere collegate da un ponte salino formato da una soluzione di KCl 1M 1,5% agarosio realizzato tra elettrodi di forma cilindrica parzialmente immersi in camere contenenti una soluzione salina (soluzione di Winogradky). Once ready, the anodes and cathodes can be placed in containers (cells) containing soils or sediments, at varying depths and orientations, subject to a distance between anode and cathode not exceeding 5 cm for electrodes with a diameter of 0, 5 cm. For scaled systems, an approximate ratio between anode-cathode distance and anode diameter between 6 and 10 is provided. Given the absence of a salt bridge capable of connecting the electrodes, the soil must have a water content of no less than at 10% w / w the system may include the set-up of a two-chamber layout connected by a saline bridge formed by a solution of KCl 1M 1.5% agarose made between cylindrical electrodes partially immersed in chambers containing a solution saline (Winogradky's solution).

L’applicazione delle celle MFCs secondo la presente invenzione, al risanamento di strati profondi di terreno, sedimenti o anche acque di falda, implica il settaggio di un layout diverso in cui anodo e catodo potranno essere inseriti in un sistema lineare connesso con il sistema di gestione della cella e dell’energia da essa prodotta. Il sistema di gestione in sistemi scalati sarà in grado anche di controllare il potenziale al catodo, se necessario. The application of the MFCs cells according to the present invention, to the remediation of deep layers of soil, sediments or even groundwater, implies the setting of a different layout in which the anode and cathode can be inserted in a linear system connected with the management of the cell and the energy it produces. The management system in scaled systems will also be able to control the potential at the cathode, if necessary.

Descrizione delle figure Description of the figures

Il sistema per il risanamento di substrati inquinati, tipicamente dalla presenza di idrocarburi e metalli, mediante pile a combustibile microbiologiche, verrà qui di seguito dettagliatamente descritto anche in riferimento alle figure annesse in cui: FIGURA 1 e 2 mostrano il profilo che gli elettrodi della pila/e del sistema secondo la presente invenzione possono assumere in alcune forme realizzative del detto sistema. Più in dettaglio la figura in questione mostra l’architettura degli elettrodi quando le matrici da trattare sono substrati liquidi. Più in dettaglio la figura in questione mostra che in alcune forme di realizzazione gli elettrodi della pila a combustibile microbiologica del sistema di biorisanamento in oggetto possono essere rappresentate da lamine dal profilo quadrato (Fig. 1) o rettangolare (Fig. 2) con fori/fessure attraverso cui si può realizzare il flusso di acque/reflui da trattare. The system for the rehabilitation of polluted substrates, typically by the presence of hydrocarbons and metals, using microbiological fuel cells, will be described in detail below also with reference to the attached figures in which: FIGURE 1 and 2 show the profile that the electrodes of the cell / and of the system according to the present invention can take in some embodiments of said system. In more detail, the figure in question shows the architecture of the electrodes when the matrices to be treated are liquid substrates. More in detail, the figure in question shows that in some embodiments the electrodes of the microbiological fuel cell of the bioremediation system in question can be represented by sheets with a square (Fig. 1) or rectangular (Fig. 2) profile with holes / cracks through which the flow of water / wastewater to be treated can be created.

FIGURA 3 mostra una rappresentazione schematica relativa alla variabile configurazione spaziale che gli elettrodi della pila a combustibile microbiologica del sistema in oggetto possono assumere a seconda delle specifiche applicazioni ed in particolare a seconda del substrato da trattare. FIGURE 3 shows a schematic representation relating to the variable spatial configuration that the electrodes of the microbiological fuel cell of the system in question can assume according to the specific applications and in particular according to the substrate to be treated.

Più in dettaglio le Figure 2(a), 2(b) 2 (c) mostrano rispettivamente l’orientazione a 90°, 45° e 30° che gli anodi possono assumere rispetto ai catodi della pila in un sistema per il trattamento di suoli/sedimenti o fanghi. More in detail, Figures 2 (a), 2 (b) 2 (c) show respectively the 90 °, 45 ° and 30 ° orientation that the anodes can assume with respect to the cathodes of the pile in a system for the treatment of soils / sediment or sludge.

FIGURA 4 mostra una vista frontale di una tipologia di elettrodo 1, rappresentato da una barra in grafite, su cui è osservabile il filo collettore 1’. FIGURE 4 shows a front view of a type of electrode 1, represented by a graphite bar, on which the collector wire 1 'can be observed.

Descrizione delle forme di realizzazione preferite Description of the preferred embodiments

Poiché basate sul metabolismo microbico, assistito dall’elettrogenesi, le celle MFCs di biorisanamento del sistema secondo la presente invenzione possono funzionare sia con catodi esposti all’aria sia immersi in ambiente anossico/anaerobico. Questo grazie alla capacità dei microrganismi di utilizzare come accettori finali di elettroni elementi chimici diversi dall’ossigeno. Le celle MFCs di biorisanamento del sistema in oggetto risultano pertanto in grado di operare, ovvero di trattare e risanare suoli contaminati, a varie profondità, nonché sedimenti e falde inquinate. Since they are based on microbial metabolism, assisted by electrogenesis, the bioremediation MFCs cells of the system according to the present invention can work both with cathodes exposed to air and immersed in an anoxic / anaerobic environment. This is thanks to the ability of microorganisms to use chemical elements other than oxygen as final electron acceptors. The MFCs bioremediation cells of the system in question are therefore able to operate, or to treat and remediate contaminated soils, at various depths, as well as sediments and polluted aquifers.

Come esempio di questa applicazione, viene riportato quanto ottenuto nel corso di un esperimento in cui le celle MFCs di biorisanamento secondo la presente invenzione sono state realizzate in semplici vasi per piante. Gli elettrodi di forma cilindrica vengono posti in vasi sul cui fondo è stato apposto uno strato di argilla espansa e riempito con terreno contaminato da idrocarburi (1 Kg) fornito da un’azienda operante nel campo del trasporto e stoccaggio di combustibili. As an example of this application, the results obtained during an experiment in which the bioremediation MFCs cells according to the present invention were made in simple plant pots are reported. The cylindrical electrodes are placed in vessels on the bottom of which a layer of expanded clay has been affixed and filled with soil contaminated by hydrocarbons (1 kg) supplied by a company operating in the field of transport and storage of fuels.

Un anodo formato da due elettrodi, connessi in parallelo, è stato posto in posizione inclinata tra i 30° e i 45° alla profondità di circa 4 cm al di sotto della superficie, raggiungendo una profondità approssimativa di circa 8 cm sui 10 cm totali di terreno disponibili. I catodi sono stati inseriti nel terreno per circa 2,5 cm lasciando la restante parte esposta all’aria. La distanza anodo-catodo è stata calcolata in approssimativamente 3 cm. Le celle secondo la presente invenzione sono state concepite come sistemi monocatodici in grado di diventare policatodici, come previsto in alcune forme di realizzazione secondo la presente invenzione, a seconda dell’estensione dei volumi da trattare. In questo caso i catodi, così come gli anodi, sono collegati in parallelo. Infine, 40 mL del suddetto mix batterico sospeso in soluzione fisiologica (10<8 >UFC/mL) è stato inoculato in aliquote da 5 mL a profondità comprese tra i 2 cm e 4 cm, al disotto della superficie del terreno e distribuito in otto punti diversi della cella con una concentrazione teorica media di 10<6 >UFC/g di terreno. Tutte le celle, così come i terreni usati come controlli (uno con suolo non trattato ed uno inoculato con il suddetto mix batterico) sono stati irrigati con 40 mL di acqua, distribuita seguendo il criterio sopradescritto, ogni 48 ore: questo per assicurare un contenuto di acqua in grado di sostenere le reazioni elettrochimiche, il metabolismo batterico e l’eventuale germinazione di semi. An anode formed by two electrodes, connected in parallel, was placed in an inclined position between 30 ° and 45 ° at a depth of about 4 cm below the surface, reaching an approximate depth of about 8 cm on the total 10 cm of soil. available. The cathodes were inserted into the ground for about 2.5 cm, leaving the remaining part exposed to the air. The anode-cathode distance was calculated to be approximately 3 cm. The cells according to the present invention have been conceived as monocode systems capable of becoming polyatodic, as provided in some embodiments according to the present invention, depending on the extent of the volumes to be treated. In this case the cathodes, as well as the anodes, are connected in parallel. Finally, 40 mL of the above bacterial mix suspended in physiological solution (10 <8> CFU / mL) was inoculated in 5 mL aliquots at depths between 2 cm and 4 cm, below the surface of the medium and distributed in eight different points of the cell with a theoretical average concentration of 10 <6> CFU / g of soil. All the cells, as well as the soils used as controls (one with untreated soil and one inoculated with the aforementioned bacterial mix) were irrigated with 40 mL of water, distributed according to the criteria described above, every 48 hours: this to ensure a content of water capable of supporting electrochemical reactions, bacterial metabolism and the eventual germination of seeds.

Durante i test le celle MFCs di bio-risanamento del sistema secondo la presente invenzione, si è osservata la germinazione di semi presenti nei terreni trattati, il che indica la compatibilità del sistema ideato con la crescita spontanea di piante. L’applicazione in campo prevede la messa appunto di batterie di celle connesse in parallelo ed in serie per poi essere connesse ad un sistema di gestione delle batterie e dell’energia da esse prodotte. Questo sistema sarà inclusivo di sistema di gestione automatizzato delle celle in oggetto, convertitori di potenza maximum power tracking system, sistemi di immagazzinamento dell’energia. La presenza di resistenze tra le connessioni tra gli elettrodi permette di stabilizzarne il potenziale, mentre il collegamento in parallelo ed in serie degli stack permette l’aumento del voltaggio e della corrente prodotta e quindi il recupero energetico dal processo di bio-risanamento. L’applicabilità dei prototipi realizzati, vista l’interazione positiva con le piante, includerà la potenziale integrazione nelle infrastrutture verdi urbane per il trattamento delle acque di prima pioggia e, più in generale, per il mantenimento delle aree verdi e della qualità dei suoli, con recupero di energia elettrica da reimpiegare in situ, ad esempio per l’illuminazione delle stesse aree verdi o per alimentare dispositivi elettrici/elettronici. During the tests of the bio-sanitation cells MFCs of the system according to the present invention, the germination of seeds present in the treated soils was observed, which indicates the compatibility of the system conceived with the spontaneous growth of plants. The application in the field involves the setting up of cell batteries connected in parallel and in series to then be connected to a management system of the batteries and the energy they produce. This system will include an automated management system for the cells in question, maximum power tracking system power converters, energy storage systems. The presence of resistances between the connections between the electrodes allows the potential to be stabilized, while the parallel and series connection of the stacks allows the voltage and current produced to increase and therefore energy recovery from the bio-remediation process. The applicability of the prototypes made, given the positive interaction with plants, will include the potential integration into urban green infrastructures for the treatment of rainwater and, more generally, for the maintenance of green areas and soil quality, with recovery of electrical energy to be reused in situ, for example for the lighting of the same green areas or to power electrical / electronic devices.

Sistemi secondo la presente invenzione possono essere messi a punto per trattare acque di prima pioggia, percolati, acque reflue di origine industriale in vasche. In questo caso, le acque da trattare vengono fatte passare progressivamente attraverso una serie di vasche provviste di elettrodi dove, gradualmente, avviene la rimozione delle sostanze tossiche, con formazione di biomassa. L’inoculo rappresentato dal detto mix batterico è utilizzabile anche per il trattamento di acque contaminate. Systems according to the present invention can be developed to treat first rain water, leachate, industrial waste water in tanks. In this case, the water to be treated is progressively passed through a series of tanks equipped with electrodes where, gradually, the toxic substances are removed, with the formation of biomass. The inoculum represented by the said bacterial mix can also be used for the treatment of contaminated water.

Per applicazioni a reflui ed altre matrici liquide gli elettrodi della superficie con increspature e sopra elevazioni delle dimensioni comprese tra i 0,3 ed 1,0 cm a seconda delle dimensioni degli elettrodi. Questi ultimi potranno essere costituiti da PLA grafite/grafene conduttivi o da altro materiale conduttivo plasmabile in stampante 3D o comunque modellabile. Tali elettrodi possono avere geometria quadrangolare, con fessurazioni a geometria circolare o rettangolare, dalla larghezza/diametro variabile tra 0,5 e 3 cm per permettere il flusso di acqua attraverso gli anodi. Un’altra geometria elettrodica implica la messa a punto di retini con fibra di carbonio con maglie dalle dimensioni tra 0,3 mm a 1 cm, riempiti con granuli, dal diametro compreso tra 0,6 e 2 cm, formati da biochar o carbone attivo. Nei retini sono inseriti fili di metallo (Ni/Cr 80/20 o altra lega) in grado di determinare forma e struttura agli anodi e raccogliere gli elettroni prodotti dai batteri che colonizzano i granuli. For applications to wastewater and other liquid matrices, the surface electrodes with ripples and over elevations ranging in size from 0.3 to 1.0 cm depending on the size of the electrodes. The latter may consist of conductive PLA graphite / graphene or other conductive material that can be molded in a 3D printer or otherwise modeled. These electrodes can have a quadrangular geometry, with circular or rectangular slots, with a width / diameter varying between 0.5 and 3 cm to allow the flow of water through the anodes. Another electrode geometry involves the development of carbon fiber screens with mesh sizes ranging from 0.3 mm to 1 cm, filled with granules, with a diameter between 0.6 and 2 cm, formed by biochar or activated carbon . In the screens are inserted metal wires (Ni / Cr 80/20 or other alloy) capable of determining the shape and structure of the anodes and collecting the electrons produced by the bacteria that colonize the granules.

Claims (11)

Rivendicazioni 1. Sistema per la purificazione di substrati inquinati detto sistema comprendendo almeno una cella a combustibile microbiologica basata sull’uso di elettrodi (1) in combinazione con un inoculo batterico, detto sistema essendo caratterizzato dal fatto che il detto inoculo batterico comprende almeno dieci ceppi microbici appartenenti alle famiglie delle bacillaceae, Enterobacteriaceae, Staphilococcaceae, Xanthomonadaceae, Pseudomondaceae, detti ceppi microbici includendo almeno Alcanigenes faecalis, Achromobacter spp., Pseudomonas anguilliseptica I e II, Xantomonas spp., Staphylococcus succinus, Bacillus mojavensis, Enterobacter aerogenes, Arthrobacter misorens, Stenotrophomonas spp. Claims 1. System for the purification of polluted substrates said system comprising at least one microbiological fuel cell based on the use of electrodes (1) in combination with a bacterial inoculum, said system being characterized in that said bacterial inoculum comprises at least ten microbial strains belonging to the families of the bacillaceae, Enterobacteriaceae, Staphilococcaceae, Xanthomonadaceae, Pseudomondaceae, called microbial strains including at least Alcanigenes faecalis, Achromobacter spp., Pseudomonas anguilliseptica I and II, Xantomonas spp., Staphylocomonensis spp. . 2. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo la precedente rivendicazione in cui gli elettrodi (1) della pila a combustibile microbiologica comprendono materiali quali: barre di grafite rivestite da tessuto in fibra di carbonio, barre o reti metalliche contenenti granuli di biochar dalle dimensioni variabili tra 0,3 a 2,0 cm, PLA graphene conduttivo, e PLA grafite. 2. System for the purification of polluted substrates according to the preceding claim wherein the electrodes (1) of the microbiological fuel cell comprise materials such as: graphite rods coated with carbon fiber fabric, rods or metal nets containing biochar granules of the size ranging from 0.3 to 2.0 cm, conductive PLA graphene, and PLA graphite. 3. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo la precedente rivendicazione in cui gli elettrodi (1) della cella a combustibile microbiologica sono rappresentati da lamine aventi profilo definito da qualsiasi curva chiusa o forma poligonale. 3. System for the purification of polluted substrates according to the preceding claim in which the electrodes (1) of the microbiological fuel cell are represented by foils having a profile defined by any closed curve or polygonal shape. 4. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo la precedente rivendicazione in cui gli elettrodi della cella a combustibile microbiologica presentano almeno un foro (10), quest’ultimo essendo atto a consentire il flusso di substrati inquinati quali acque/reflui da trattare. 4. System for the purification of polluted substrates according to the previous claim in which the electrodes of the microbiological fuel cell have at least one hole (10), the latter being able to allow the flow of polluted substrates such as water / wastewater to be treated. 5. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui gli elettrodi (1) della pila a combustibile microbiologica sono rappresentati da barre di grafite della lunghezza di 5 cm e diametro di 0,5 cm, ciascuna barra di grafite essendo altresì avvolta in 25 cm di filo interno costituito da una lega Nikel/Cromo 80/20, detto filo avendo diametro di 0,25 mm e 4 Ohm di Resistenza, detta barra in grafite, avvolta dal detto filo, essendo ulteriormente rivestita da un tessuto in carbonio fissato sulla detta barra di grafite con ulteriori 15 cm di filo esterno Nikel/Cromo 80/20 da 0,25 cm di diametro e 4 Ohm di resistenza, detti ulteriori 15 cm di filo esterno generando sulla detta barra in grafite rivestita dal detto tessuto in carbonio spire distanziate tra loro 1,3 cm, detti filo interno e filo esterno di ciascun elettrodo essendo altresì inseriti in crimps in alluminio dal diametro interno di 1 mm e dal diametro esterno di 2 mm e dalla lunghezza di 8 mm detti filo interno ed esterno essendo inoltre assicurati in detti crimps mediante guaina termorestringente e con giunzioni ricoperte da materiale isolante. System for the purification of polluted substrates according to any one of the preceding claims in which the electrodes (1) of the microbiological fuel cell are represented by graphite rods 5 cm long and 0.5 cm in diameter, each rod of graphite being also wound in 25 cm of internal wire consisting of a Nikel / Chrome 80/20 alloy, said wire having a diameter of 0.25 mm and 4 Ohm of Resistance, said graphite bar, wound by said wire, being further coated by a carbon fabric fixed on said graphite bar with a further 15 cm of external Nikel / Chrome 80/20 wire of 0.25 cm in diameter and 4 Ohm of resistance, said additional 15 cm of external wire generating on said graphite bar coated by said carbon fabric turns spaced 1.3 cm apart, said inner and outer wires of each electrode being also inserted in aluminum crimps with an internal diameter of 1 mm and an external diameter of 2 mm and the length of 8 mm said internal and external wire being furthermore secured in said crimps by means of a heat-shrink sheath and with joints covered with insulating material. 6. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo la precedente rivendicazione in cui gli elettrodi (1) della cella a combustibile microbiologica sono posti in celle, contenenti suoli o sedimenti, a profondità ed orientazione variabile ed in cui la distanza tra anodo e catodo è di non oltre 5 cm quando i detti elettrodi presentano diametro di 0,5 cm. 6. System for the purification of polluted substrates according to the preceding claim in which the electrodes (1) of the microbiological fuel cell are placed in cells, containing soils or sediments, with variable depth and orientation and in which the distance between anode and cathode is no more than 5 cm when said electrodes have a diameter of 0.5 cm. 7. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo la precedente rivendicazione in cui il suolo o sedimento ha un contenuto di acqua di almeno il 10% in peso. 7. System for the purification of polluted substrates according to the preceding claim wherein the soil or sediment has a water content of at least 10% by weight. 8. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui i catodi sono esposti all’aria e/o immersi in ambiente anossico/anaerobico. 8. System for the purification of polluted substrates according to any of the previous claims in which the cathodes are exposed to air and / or immersed in an anoxic / anaerobic environment. 9. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui, in almeno una cella a combustibile microbiologica, un anodo è formato da due elettrodi ed è orientato tra i 30° e i 45° rispetto al suolo ed in cui la distanza tra anodo e catodo è di 3 cm. 9. System for the purification of polluted substrates according to any one of the preceding claims in which, in at least one microbiological fuel cell, an anode is formed by two electrodes and is oriented between 30 ° and 45 ° with respect to the ground and in which the distance between anode and cathode is 3 cm. 10. Sistema per la purificazione di substrati inquinati secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui gli elettrodi comprendono fibra di carbonio definente retini con maglie dalle dimensioni tra 0,3 mm a 1 cm, detti retini essendo riempiti con granuli, dal diametro compreso tra 0,6 e 2 cm, e formati da biochar o carbone attivo in detti retini essendo altresì inseriti fili di metallo Ni/Cr 80/2. 10. System for the purification of polluted substrates according to any one of claims 1 to 3 wherein the electrodes comprise carbon fiber defining nets with mesh sizes ranging from 0.3 mm to 1 cm, said nets being filled with granules, with a diameter between 0.6 and 2 cm, and formed by biochar or activated carbon in said nets being also inserted metal wires Ni / Cr 80/2. 11. Uso del sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni per il risanamento di substrati quali suoli, falde, reflui, acque e sedimenti inquinati. 11. Use of the system according to any one of the preceding claims for the rehabilitation of substrates such as soils, aquifers, wastewater, waters and polluted sediments.
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