Projekti / Programi
Zapiranje snovnih poti pri čiščenju komunalnih odpadnih voda z zelenimi tehnologijami
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.09 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
Tehnika za varstvo okolja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P305 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija okolja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
zapiranje snovnih poti, kroženje hranil, čiščenje vode, komunalna odpadna voda,
mikroonesnaževala, tveganje za okolje in zdravje, zelene tehnologije
Raziskovalci (23)
Organizacije (4)
Povzetek
Rastoča urbanizacija, intenzivno izkoriščanje naravnih virov, podnebne spremembe in prehod proti nizko-ogljični družbi zahtevajo prilagodljivost urbanega okolja, bolj trajnostno ravnanje z vodo in ponovno uporabo odpadne vode (OV). Dandanes voda, energija, hrana in z njimi povezana infrastruktura tehnološko napredujejo, vendar delujejo linearno in nepovezano (po načelu pridobi-uporabi-odvrzi). Ponovna uporaba virov (vode, hranil) z recikliranjem OV vodi k zapiranju snovnih tokov in s tem k trajnostnem upravljanju OV. Tehnologije za ponovno uporabo naravnih virov ali zelene tehnologije (ZeleneT) omogočajo obnavljanje hranil iz OV in ponovno uporabo prečiščene vode; vendar pa je večino ZelenihT še potrebno izboljšati v smislu učinkovitosti in ekonomske izvedljivosti. Vse to kliče po znanstveni evalvaciji dejanskega potenciala teh tehnologij ter k razvoju ustreznega sistema za podporo odločanja (DSS) s pomočjo ocene življenjskega cikla (LCA)
Glavni cilj projekta je ocena učinkovitosti koncepta zaprtih zank z uporabo treh različnih ZelenihT na dveh nivojih a) laboratorijskem nivoju, ter b) pilotnem nivoju v okviru demonstracijskega centra na CČN Ajdovščina. Tri testirane ZeleneT so 1) algna tehnologija (AT) s pridobivanjem algne biomase in vode za namakanje; 2) rastlinska čistilna naprava (RČN) s pridobivanjem vode za namakanje, obe v kombinaciji z naprednimi metodami oksidacije (AOP) za povečanje biorazgradljivosti mikropolutantov, prisotnih v komunalni OV; 3) evapotranspiracijski sistem (ETS) brez izpusta za pridobivanje lesne biomase. Algna biomasa iz AT se lahko uporablja za biognojila, biogoriva, bioplin, krmo, bioplastiko, za ekstrakcijo pomembnih komponent; lesna biomasa iz ETS se lahko uporabi za proizvodnjo energije ter medij iz ETS kot gnojilo. Končni produkti ZelenihT vključno s proizvedeno vodo omogočajo zapiranje snovnih tokov OV, vendar pa ti produkti lahko vsebujejo mikroonesnažila, kot so težke kovine, farmacevtski izdelki, izdelki za osebno nego, industrijske kemikalije, pesticidi itd, ki lahko vplivajo na zdravje človeka in okolje. Ker običajne ČN niso namenjene odstranjevanju mikroonesnažil ter zaradi potencialnega estrogenskega, mutagenega in kancerogenega delovanja teh onesnažil, je njihovo odstranjevanje in kroženje v ZelenihT v kombinaciji z AOP izjemno zanimivo področje raziskav. V predlaganem projektu bomo spremljali dve izbrani skupini mikropolutantov, in sicer bisfenol A (BPA) in njegove zamenjave kot prednostne industrijske kemikalije in neonikotinoide kot nov razred insekticidov, ki imajo velik potencial in sistemsko delovanje za zaščito pridelka proti sesajočim škodljivcem.
Končni produkti ZelenihT bodo testirani za namen kmetijske rabe in sicer z izvedbo lončnih in lizimetričnih poskusov. Na ta način bomo pridobili pomembne podatke o kroženju potencialno nevarnih snovi ter hranil iz komunalnih OV in kako lahko s pravilnim upravljanjem ponovne uporabe vode in hranil zmanjšamo tveganje za zdravje in okolje. Za izbrane ZeleneT bomo postavili obsežno bazo podatkov za podporo odločitev o njihovi uporabi. Z učenjem iz študijskih primerov in LCA bomo zagotovili podroben vpogled v lokalno vračanje snovi in ga ovrednotili od manjšega do večjega merila. Jedro projekta bosta kvaliteta vode in biomase, izračunavanje vodne in hranilne bilance in njena optimizacija ter LCA kot osnova za DSS. Projekt bo omogočil pridobitev novih znanstvenih spoznanj, saj so raziskave, povezane z zapiranjem snovnih tokov prikazanih na različnih ZelenihT od majhnega do večjega merila, nove in redke. To je deloma tudi zato, ker sta zavest o omejenih rezervah fosforja in znanje o učinkovitem zapiranju snovnih tokov v kontekstu ekosistemskih storitev nizka in posledično je sprejemanje tehnologij za obnovo virov omejeno.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati projekta izkazujejo visoko stopnjo znanstvene relevantnosti, saj bomo v projektu poskušali odgovoriti na številna ključna vprašanja, ki jih znanstvena srenja še nima. Številni razpisi EU, zlasti Obzorje 2020, izražajo potrebo po raziskovanju in razvoju zelenih tehnologij ali sonaravnih rešitev, kot del zelene ali modre infrastrukture trajnostnih naselij prihodnosti s ciljem ponovne uporabe vode, hranil in drugih produktov ob manjši energetski porabi, manjšemu okoljskemu odtisu ter številčnejših ekosistemskih storitvah. Vendar pa so natančne zmogljivosti in omejitve teh pristopov, ki hkrati delujejo po konceptu zaprtih zank, neraziskane oz so raziskave redke, posamične ter ne združujejo tehnološkega, ekonomskega in zdravstvenega vidika uporabe končnih produktov.
Projekt bo prispeval k oblikovanju novih razvojnih smeri: sonaravne rešitve, urbano kmetijstvo, podnebno odporna naselja (adaptive, resilience, green cities), brez odpadka in brez emisij, obnova zalog fosforja, krožna ekonomija, neksus voda-hrana-energija.
Delo na projektu bo prispevalo k razvoju znanosti in stroke na področju:
1. Ekološkega inženirstva
· Vpeljevanje koncepta zaključevanja snovnih poti v slovensko in mednarodno raziskovalno sfero (rezultati raziskav bodo omogočili prijave na razpise Obzorje 2020)
· Razvoj novih tehnologij za čiščenje in varno ponovno uporabo komunalnih odpadnih voda
· Pridobitev ključnih spoznanj o uporabi rastlinske in algne biomase v povezavi s komunalno odpadno vodo in uporabo v kmetijstvu
· Razvoj novih naprednih tehnologij (AOP) oz. kombinacije le-teh z zelenimi tehnologijami za odstranjevanje specifičnih onesnažil iz komunalne odpadne vode
2.Kemijske analitike
· Razvoj in optimizacija novih analitskih in merilnih metod za determinacijo specifičnih onesnažil (v sledeh) in spremljanje procesov oz. indentifikacijo ključnih parametrov razgradnjih procesov z možnostjo povratne kontrole za zagotavljanje optimalnih pogojev in učinkovitosti sistema
3.Agronomije
· Razvoj novih vidikov pridobivanja in varne uporabe hranil ter njihovega vračanja na polja, varna hrana, ponovna uporaba vode za namakanje
4.Biologije
· Izbor rastlinskih in algnih vrst za povečevanje fitoremediacije, fitoekstrakcije, evapotanspiracije in biomase kot dodane vrednosti
5. Javnega zdravja
· Razvoj novih tehnologij in postopkov za dezinfekcijo vode in odstranjevanje specifičnih onesnaževal iz očiščene komunalne odpadne vode
· Razvoj novih vidikov vpliva zaključevanja snovnih tokov/poti na zdravje ljudi (vzdrževalec, uporabnik)
6. Energetike
· Izboljšanje energetske, snovne in ekonomske učinkovitosti proizvodnje lesne biomase za potrebe ogrevanja
· Razvoj večje energetske samooskrbe ter razvoj bioenergije in biogoriv iz lesne in algne biomase
7. Krožne ekonomije
· Razvoj novih možnosti za pridobivanje fosforja in zmanjševanje tveganja izrabe njegovih naravnih rezerv
· Vzpostavitev nexusa voda-hrana-energija
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati projekta bodo imeli neposreden učinek na gospodarstvo in celotno družbo (SRIP Pametna mesta, Krožno gospodarstvo, Hrana, trajnostna pridelava hrane) na področju čiščenja komunalnih odpadnih voda, oskrbe s pitno vodo, obdelave bioloških odpadkov, energetike in agronomije in sicer na več nivojih:
Podjetja za vodovod, kanalizacijo, obdelavo odpadkov
Kmetijski sektor
Energetski sektor
Oskrbovani ljudje
Širša družba in narava (promocija: nacionalnega akcijskega načrta za uresničevanje načel od zibke do zibke (www.odzibkedozibke.si), koncepta snovno učinkovitih družb (www.c2cn.eu) in prehoda Slovenije na nizkoogljično družbo, koncepta brez odpadka (ebm.si/zw/o), akcijskega načrta krožnega gospodarstva (ec.europa.eu/environment/circular-economy/index_en.htm), akcijskega načrta okoljskih tehnologij (ec.europa.eu/environment/ecoap/about-action-plan/etap-previous-action-plan_en).
Pozitivni učinki projekta:
· Učinkovita ponovna raba odpadne vode (npr. raba očiščene komunalne odpadne vode za namakanje in s tem zmanjšana poraba vode iz drugih virov)
· Učinkovita ponovna raba t.i. »odpadkov«, kot je biomasa alg in rastlin za proizvodnjo gnojil, ribje hrane, sekancev in peletov
· Zmanjšanje negativnega vpliva komunalnih odpadnih voda na okolje in vodna telesa
· Zmanjšana poraba mineralnih gnojil v kmetijstvu (zaradi vračanja hranil iz komunalne odpadne vode nazaj na kmetijske površine)
· Zmanjšana uporaba fosilnih goriv zaradi njihovega nadomeščanja z lesno in algno biomaso
· Izobraževanje in okoljsko ozaveščanje širše družbe o zeleno-modri infrastrukturi, zelenih tehnologijah, sonaravnih rešitvah, ekosistemskih storitvah, zapiranju snovnih poti, konceptih navedenih v točki 5 tega poglavja
· Prispevek k premiku iz linearne družbene naravnanosti (delujoče po načelu pridobi-uporabi-odvrzi) v „družbo kroženja in predelave“.
Projekt je v skladu z nacionalno zakonodajo (Ur. L. RS 98/15) in zakonodajo EU, kjer je velik poudarek na promociji trajnostnih tehnologij in na področju obnovljivih virov energije (2001/77/ES), trajnostne rabe vode (2000/60/ES) in ločevanjem in ponovno uporabo odpadkov (2006/12/ES). Projekt je skladen z evropsko strategijo razvoja podeželja (Sklep Sveta 2006/144/ES) in skupno evropsko kmetijsko politiko (www.copa-cogeca.eu), ki govori o trajnostni proizvodnji hrane in soočanju s klimatskimi spremembami in nizkoogljičnimi družbami ter European Innovation Partnership in Water, ki spodbuja inovativnost na področju vodnega sektorja (ec.europa.eu/environment/water/innovationpartnership).
V okviru projekta preučevane pilotne sisteme bo po zaključku projekta možno v posameznih segmentih ali v celoti razvijati naprej za trženje - pridobitev novih kompetenc na področju gospodarjenja z vodami, uporabe biomase rastlin in alg za proizvodnjo gnojil , ribje hrane, sekancev in peletov, ustanovitev novih podjetij-zaposlitev nove delovne sile/zelena delovna mesta ter zmanjšanje brezposelnosti v Sloveniji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
