Nowatorski i ulepszony sposób oczyszczania ścieków
Biologiczne oczyszczanie ścieków w oczyszczalniach komunalnych i przemysłowych wymaga utrzymania wysokiego poziomu rozpuszczonego tlenu, wymaganego do metabolizacji zanieczyszczeń przez biomasę. Takie rozwiązanie pozwala na ograniczenie zapotrzebowania na tlen biologiczny i chemiczny, a także poziomu amoniaku do wartości mieszczących się w limitach określonych w rozporządzeniach Komisji Europejskiej. Aby zapewnić wymagane stężenie tlenu w ściekach, są one napowietrzane przy pomocy pęcherzyków powietrza (lub czystego tlenu), doprowadzanych do zbiornika oczyszczania biologicznego przy pomocy potężnych napowietrzaczy, które najczęściej są sprężarkami lub turbinami. Niestety, konwencjonalne napowietrzacze nie charakteryzują się szczególną sprawnością, a utrzymanie wymaganego poziomu rozpuszczonego tlenu w ściekach wymaga zużycia dużych ilości energii. Obecnie energia wykorzystywana przez napowietrzacze ścieków stanowi około 55 % całkowitego zużycia energii przez oczyszczalnie ścieków. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie nanopęcherzyków powietrza o średnicy wynoszącej od 50 do 200 nanometrów, charakteryzujących się dużo lepszymi właściwościami od zwykłych pęcherzyków powietrza. Ze względu na bardzo wysokie ciśnienie wewnętrzne, nanopęcherzyki pozostają stabilne w płynie przez wiele dni, co stanowi znacznie dłuższy czas niż kilka sekund, osiągane przez zwykłe pęcherzyki powietrza. Dzięki temu zastosowanie takiego rozwiązania może przełożyć się na znacznie większą koncentrację stabilnego tlenu rozpuszczonego w wodzie, co znacząco zwiększy sprawność transferu tlenu.
Usuwanie szkodliwych substancji
Uczestnicy projektu WATERMAX skupili się na usprawnieniu procesu napowietrzania ścieków, opracowując i testując prototypowe generatory nanopęcherzyków powietrza w pilotażowych zakładach oczyszczania ścieków. „Nasze rozwiązania są oparte na technologii nanopęcherzyków, która umożliwia napowietrzanie dużych ilości ścieków w krótkim czasie, bez konieczności ponoszenia znaczących kosztów. Rozwiązanie może zostać zamontowane w oczyszczalni w ciągu jednego dnia, a jego konserwacja nie jest wymagająca. Ponadto jego wdrożenie nie wiąże się z dużymi nakładami inwestycyjnymi, natomiast przynosi natychmiastowe rezultaty, co udało nam się zaprezentować w realnych warunkach”, twierdzi kierownik projektu Floriano Tosato. Hiperoksydacja ścieków pomaga w usuwaniu szkodliwych substancji chemicznych (amoniaku, fosforu, chloru itd.) dzięki reakcjom chemicznym z rodnikiem hydroksylowym. W wyniku tych reakcji zanieczyszczenia ulegają nagłemu podziałowi na niewielkie cząsteczki nieorganiczne. Dodatkowym efektem procesu jest redukcja ilości osadu i szlamu, który powstaje w ramach tradycyjnych procesów. Wykorzystywane obecnie rozwiązania oparte na ozonie są niezwykle drogie, ponieważ ozon trafiający do wody w postaci pęcherzyków o normalnych rozmiarach jest wysoce lotny, w wyniku czego dużą część trafia z powrotem do atmosfery i w żaden sposób nie wspomaga procesu oczyszczania ścieków. „Z przeprowadzonych badań wynika, że jedynie 10 % ozonu trafiającego do ścieków dzięki tradycyjnym napowietrzaczom ulega rozpuszczeniu, natomiast reszta ulatuje”, wyjaśnia Tosato.
Większa sprawność, niższe koszty
Naukowcy zoptymalizowali prototypy generatorów oraz opracowali wytyczne dotyczące ich industrializacji i produkcji, a także przeprowadzili próby istniejących prototypów. Partnerzy skupieni wokół projektu przeprowadzili testy w wielu pilotażowych oczyszczalniach ścieków, obejmujących jednostki działające w sektorze hodowli zwierząt gospodarskich i drobiu, w których najczęściej obserwuje się problemy dotyczące niskiej jakości wody pitnej oraz nadmiernego stosowania antybiotyków. W ramach inicjatywy powstał również system zdalnego sterowania WMAX-RC na potrzeby oczyszczalni ścieków, które nie są nieustannie nadzorowane przez ludzi. „System WMAX umożliwia całkowicie zdalne sterowanie i zarządzanie całym systemem napowietrzania ścieków, co pozwala na zapobieganie potencjalnym problemom oraz optymalizację osiągów”, dodaje Tosato. Rozwiązanie opracowane w ramach projektu WATERMAX pozwoli na obniżenie kosztów uzdatniania wody, umożliwiając operatorom szybką modernizację oczyszczalni ścieków pod kątem wydajności napowietrzania i oczyszczanie większych ilości ścieków przy utrzymaniu stałych kosztów. „Opracowane przez nas nowatorskie i wydajne systemy napowietrzania mogą być montowane w starych oczyszczalniach bez konieczności ich wyłączania i opróżniania zbiorników. Wśród potencjalnych klientów, do których chcemy kierować systemy napowietrzania wykorzystujące nanopęcherzyki powietrza, znajdują się podmioty prywatne i publiczne, działające na rynku oczyszczania ścieków”, podsumowuje Tosato.
Słowa kluczowe
WATERMAX, oczyszczanie ścieków, nanopęcherzyk, napowietrzanie, ozon, rozpuszczony tlen
