Oczyszczanie ścieków z zastosowaniem mikroorganizmów aktywnych elektrochemicznie do produkcji czystej wody
Aby wypełnić lukę pomiędzy wdrażaniem innowacyjnych rozwiązań wodnych i powielaniem technologii już istniejących na rynku, w ramach projektu iMETland opracowano przyjazną dla środowiska technologię o kompleksowym zastosowaniu, która umożliwia oczyszczanie ścieków komunalnych wytwarzanych przez małe społeczności przy zerowych kosztach energii. Technologia ta łączy oczyszczalnię hydrofitową z technologią mikroorganizmów aktywnych elektrochemicznie (MET). Efektem połączenia bakterii przenoszących elektrony z materiałem elektroprzewodzącym jest dziesięciokrotny wzrost tempa oczyszczania ścieków w porównaniu z technikami konwencjonalnymi. Ponadto udało się uniknąć zapychania biofiltrów osadem (kolmatacja), ponieważ produkcja biomasy jest minimalna. Co zaś najważniejsze, ze ścieków usuwane są zanieczyszczenia w procesie elektroutlenienia i produkowana jest woda wolna od patogenów, nadająca się do nawadniania. Po zakończeniu fazy badawczej i pilotażowej, dzięki wsparciu finansowemu UE, projekt iMETland wszedł w fazę demonstracyjną na szeroką skalę w celu przyspieszenia wdrożenia technologii na rynek. Wykorzystywanie sieci społecznościowej żywych komórek Technologia iMETland redukcji zanieczyszczeń przez bakterie wykorzystuje zasadniczo tę samą metodę pozyskiwania energii jak w przypadku produkcji żywności. Koordynator projektu, dr Abraham Esteve-Núñez tłumaczy: „Wyodrębniamy z żywności elektrony, które są następnie utleniane przez tlen, którym oddychamy. Materiał elektroprzewodzący zastosowany w naszym systemie wykazuje nieograniczoną zdolność do przyjmowania elektronów, tworząc o wiele bardziej bogatą pożywkę dla bakterii”. Elektrony biegnące przez elektroprzewodzący materiał biofiltru, opracowany w ramach projektu iMETland, wytwarzają prąd elektryczny, co umożliwia społecznościom drobnoustrojów wchodzenie ze sobą w interakcję na odległość. Optymalizacja tej „elektro-komunikacji” drobnoustrojów zwiększa wydajność procesu oczyszczania. Po usunięciu z wody z chemicznych zanieczyszczeń możliwe jest wytworzenie z chloru naturalnie obecnego w wodzie wybielacza, który zabija bakterie. Taka woda może być bezpiecznie wykorzystana do nawadniania. Wyjątkowa innowacyjność tej technologii polega na tym, że wykorzystuje ona szybki metabolizm bakterii przenoszących elektrony do przemiany zanieczyszczeń w energię elektryczną, która jest proporcjonalna do ilości usuniętych zanieczyszczeń. Im więcej zanieczyszczeń zjadają bakterie, tym więcej energii jest pozyskiwanej, zaś operatorzy mający do swojej dyspozycji specjalnie zaprojektowane inteligentne narzędzia mogą monitorować wydajność usuwania zanieczyszczeń przez drobnoustroje na podstawie pomiarów wytworzonej energii. „Największe wyzwanie przed jakim stanęliśmy to jak poradzić sobie z rzeczywistymi warunkami, takimi jak nieoczekiwane zmiany sezonowe. Dlatego prowadziliśmy testy w warunkach zimnej północnoeuropejskiej zimy i gorącego śródziemnomorskiego lata”, tłumaczy dr Esteve-Núñez. I dodaje: „Miłym zaskoczeniem okazała się być dominacja bakterii przenoszącej elektrony z rodzaju Geobacter w obecności tlenu, zwiększająca wydajność technologii. Ta bakteria była dotychczas zawsze hodowana z dala od tlenu, a to odkrycie przypomina nam, że naturalna adaptacja jest silniejsza od naukowych przypuszczeń”. Realizacja priorytetów związanych z wodą i ściekami Interdyscyplinarny charakter projektu iMETland dobrze wpisuje się w priorytety UE związane z gospodarką wodną i oczyszczaniem ścieków Europejskie Partnerstwo Innowacyjne na rzecz Wody. W szczególności pomaga spełnić ambicję stworzenia centrów innowacji dedykowanych oczyszczaniu ścieków w regionach, w których brakuje obecnie odpowiednich systemów oczyszczania ścieków i urządzeń sanitarnych. System umożliwia ograniczenie ilości energii potrzebnej do oczyszczania ścieków przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów ponoszonych przez magistraty i emisji CO2. Obecnie już przetestowane elementy systemu iMETland są gotowe do wdrożenia w małych społecznościach do nawadniania ogrodów lub obszarów zielonych, a wykorzystanie roślin zwiększa jego walor wizualny. Kolejnym docelowym odbiorcą technologii są budynki użyteczności publicznej. W związku z tym technologia iMETland została wdrożona w Instytucie IMDEA Water. „Marka Metland została już zarejestrowana, a koncepcja jest gotowa do wejścia na rynek za pośrednictwem start-upu METfilter z sektora MŚP, założonego właśnie w tym celu”, podsumowuje dr Esteve-Núñez.
Słowa kluczowe
iMETland, oczyszczanie ścieków, rolnictwo, tereny podmokłe, oczyszczanie, bakterie, mikroorganizmy aktywne elektrochemicznie, zanieczyszczenia, przenoszący elektrony, elektron, elektroprzewodnictwo, ścieki, sanitarny, energia
