Projekti / Programi
Optimizacija postopka elektrokoagulacije za namene remediacije močno onesnažene industrijske in komunalne odpadne vode
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B003 |
Biomedicinske vede |
Ekologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
Elektrokoagulacija, odpadna voda, izcedna voda, recikliranje vode, elektrode
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
36451 |
dr. Primož Oprčkal |
Geologija |
Vodja |
2019 - 2021 |
124 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1502 |
Zavod za gradbeništvo Slovenije |
Ljubljana |
5866324000 |
10.455 |
Povzetek
Elektrokoagulacija je znanstveno dokazano učinkovit postopek za čiščenje močno onesnažene odpadne vode (na primer odpadne vode iz industrije ali izcedne vode iz odlagališč komunalnih odpadkov), ki pa še ni splošno uporabljen. Postopek elektrokoagulacije je v grobem osnovan na uporabi elektrokemijske celice z elektrodami, ki so po sestavi lahko iz aluminija in/ali železa. Med postopkom elektrokoagulacije pride do destabilizacije suspenzije delcev z vezanimi onesnažili zaradi spremembe njihovega celokupnega površinskega naboja (zeta potenciala) do izoelektrične točke, kar vodi v sprijemanje – koagulacijo. Hkrati poteka proces korozije anode, kar v onesnaženo vodo sprošča Al3+ ali Fe2+ ione (odvisno od sestave elektrod), ki predstavljajo koagulacijsko sredstvo. To inducira kompleksne kemijske interakcije med onesnažili in sproščenimi ioni koagulanta (oksidacija, so-obarjanje in koagulacija, površinska sorbcija, vgrajevanje v netopne minerale - hidrokside, napredni oksidacijski procesi…), kar vodi v čiščenje vode.
Projekt naslavlja problematiko ravnanja z onesnaženo industrijsko in komunalno odpadno vodo, ki predstavlja okoljski izziv, saj povzroča siromašenje naravnih virov pitne vode iz vidika kvalitete in količine
Trenutno stanje tehnike dopušča številne možnosti za raziskave in razvoj za optimizacijo te zelo perspektivne metode. To je mogoče z naslednjimi inovativnimi pristopi, ki bodo uporabljeni v okviru projekta:
a) izboljšave zasnove elektrokemijske celice, b) nove kombinacije s komplementarnimi metodami za čiščenje odpadne vode, c) uporaba nanotehnologije, d) izboljšanje ločevanja flokul od očiščene vode z uporabo različnih granuliranih materialov vključno z industrijskimi recikliranimi materiali.
Optimiziran postopek elektrokoagulacije bo predstavljal osnovo pri razvoju več-stopenjskega postopka čiščenja za namene recikliranja odpadne vode.
V prvi fazi raziskav bo izvedeno vzorčenje in detajlna karakterizacija vzorcev onesnažene vode. Vzorci izcedne vode iz odlagališča komunalnih odpadkov bodo odvzeti iz komunalne deponije Leskovec pri Novem mestu, ki je v upravljanju podjetja CeROD, d.o.o. Industrijska odpadna voda bo vzorčena v podjetju HIDRIA d.o.o.,. Komunalna odpadna voda pa bo vzorčena na iztoku male biološke čistilne naprave v vasi Hruševo (Občina Dobrova – Polhov Gradec).
Druga faza raziskav bo zajemala izdelavo laboratorijske pilotne elektrokemijske celice glede na informacije o najboljših tehničnih rešitvah objavljenih v znanstveni literaturi.
Eksperimentalno delo bo potekalo na nivoju laboratorijskih simulacij postopkov po šaržnem principu čiščenja. Najprej bo preučen učinek čiščenja vode v odvisnosti prilagajanja osnovnih parametrov: začetni pH vode, temperatura, sestava elektrod (Al ali Fe), gostota električnega toka, razdalja med elektrodami, čas trajanja procesa.
V nadaljevanju bo optimizacija postopka elektrokoagulacije zajemala testiranje uporabe novih naprednih rešitev: nanomaterialov (nanodelci nič-valentnega železa), okolju prijaznih koagulacijskih sredstev (na primer K2FeO4), AOP (vodikov peroksid), aeracija z dovajanjem mehurčkov zraka, mešanje in kombiniranje s postopki flotacije ter filtracije skozi različne granulirane medije, kot so na primer zeoliti, aktivno oglje, ter reciklirani materiali (jeklarske žlindre, pepeli, železovi hidroksidi iz jeklarstva, rdeče blato, etc.).
V tretji fazi raziskav bodo potekale raziskave za recikliranje odpadnega blata iz procesa čiščenja.
Rezultati raziskav za optimizacijo učinkovitosti čiščenja bodo ovrednoteni z izdelavo modelov soodvisnih spremenljivk, ki bodo pokazali najučinkovitejše kombinacije testiranih rešitev.
Ključna uporabna vrednost rezultatov projekta bo dvig optimiziranega postopka elektrokoagulacije na višjo tehnološko raven (predvidoma bomo dosegli TRL 5), ki bi v prihodnosti lahko pomenila realno proizvodnjo in splošno aplikacijo novo razvitega pilotnega sistema.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskava v okviru podoktorskega aplikativnega projekta bo predstavljala učinkovit in celosten znanstveni pristop k razvoju elektrokoagulacije, ki je perspektiven proces za čiščenje industrijske in komunalne odpade vode. Kljub temu, da je ta proces čiščenja v znanosti poznan že približno 120 let, še ni doživel splošne uporabe saj je za to potrebna optimizacija ključnih procesnih parametrov, razvoj zasnove elektrokemijske celice in dodatne raziskave za boljše razumevanje fizikalnih in kemijskih procesov čiščenja vode z elektrokoagulacijo.
Zato bodo, glede na trenutno stanje tehnike, v okviru raziskovalnega projekta raziskane možnosti optimizacije procesnih parametrov (pH, temperatura, sestava in konfiguracija elektrod, gostota električnega toka) na treh različnih tipih onesnažene vode: zaoljena industrijska odpadna voda, izcedna voda iz odlagališča odpadkov, komunalna odpadna voda. Študija bo nudila edinstveno možnost primerjave učinkovitosti čiščenja različnih tipov odpadnih voda s procesom elektrokoagulacije glede na razlike pri optimizaciji parametrov.
V nadaljevanju bodo raziskave potekale v smeri nadgradnje procesa elektrokoagulacije z inovativnimi pristopi: (i) z uporabo nanodelcev železa v procesu elektrokoagulacije, (ii) z uporaba aeracije in vodikovega peroksida za induciranje naprednih oksidacijskih procesov, in (iii) z uporabo alternativnih kemijskih sredstev, kot je na primer kalijev ferat (Fe(VI)), za izboljšanje učinkovitosti čiščenje vode z elektrokoagulacijo.
Ker pa bo končni cilj raziskave razvoj postopka čiščenja izbranih tipov odpadne vode za namen njihovega recikliranja, bo napreden proces elektrokoagulacije dodatno nadgrajen s komplementarnim postopkom filtracije vode z uporabo konvencionalnih in alternativnih filtrnih materialov.
Celostni pristop k čiščenju vode z elektrokoagulacijo se bo v okviru projekta pokazal tudi z izvedbo raziskav za razvoj postopka recikliranja odpadne gošče iz čiščenja vode za izdelavo gradbenih materialov – geotehničnih kompozitov. Razvoj možnosti za trajnostno ravnanje z odpadki iz čiščenja vode lahko namreč močno vpliva na sprejemljivost procesa elektrokoagulacije iz ekonomskega in okoljskega vidika.
Vse naštete aktivnosti so pomembne za razvoj slovenske znanosti na področju razvoja naprednih procesov čiščenja odpadne vode za namene recikliranja in ponovne uporabe, tako na nacionalnem kot tudi na internacionalnem nivoju.
Pomen za razvoj Slovenije
Aplikativni podoktorski projekt bo prinesel neposredno korist iz razvojnih vidikov tako gospodarskemu subjektu – sofinancerju, podjetju Deltaplan, kot raziskovalni organizaciji, kjer deluje raziskovalec. Ključni interes obeh je namreč, da rezultati njunega skupnega udejstvovanja ne ostanejo zgolj teoretični, ampak da se lahko zagotovi njihova trajnostnost in implementacija. To pa je tudi namen raziskovalnega pristopa v pripravljeni projektni prijavi, ki temelji na povezovanju s podjetjem iz gospodarstva (HIDRIA), javnim podjetjem (CeROD) in lokalno skupnostjo (Hruševo). Raziskave in razvoj za optimizacijo naprednega procesa elektrokoagulacije bodo namreč že v osnovi potekale na realnih vzorcih vode, kar bo v primeru ugodnih rezultatov raziskav omogočalo neposreden prenos na višjo tehnološko raven in s tem tudi razširjanje in trženje znanja. Pri raziskavah bo upoštevana tudi ekonomska vzdržnost podanih rešitev in ne le doprinos k bazični znanosti. Takšen pristop sta partnerja uspešno ubrala že v preteklih projektih in bo prav tako tudi del tega projekta.
Podjetje Deltaplan in raziskovalec so uspešno sodelovali na preteklih evropskih projektih LIFE+ ReBirth in LIFE RusaLCA. Kot primer uspešnega sodelovanju med gospodarskim subjektom in raziskovalcem na področju razvoja in implementacije naprednih metod čiščenja vode lahko izpostavimo v projektu LIFE RusaLCA. V okviru tega projekta sta raziskovalec in gospodarski subjekt uspešno razvila tehnologijo uporabe nanomaterialov na višjo tehnološko raven, ki se je kot glavni rezultat projekt izkazovala z izgradnjo prototipne naprave za recikliranje komunalne odpadne vode v občini Šentrupert na Dolenjskem.
Projekt predstavlja odlično priložnost, da podjetje Deltaplan nadaljuje in nadgradi svojo strategijo na implementaciji naprednih rešitev za gospodarjenje z vodami in povezovanja različnih akterjev in zainteresiranih strani pri izvajanju regenerativnih, trajnostnih, skupnih in krožnih praks na področju gospodarjenja z vodami.
Rezultati projekta bodo prinesli neposredno korist podjetju Deltaplan, ki bo pridobilo znanje in tehnične rešitve s katerim bo lahko nastopalo in se še bolje pozicioniralo na tržišču, ki ponuja kompleksne rešitve za čiščenje različnih tipov odpadne vode za namen čiščenje z namenom recikliranja in ponovne uporabe. Rezultati bodo omogočali takojšnjo uporabo pri pripravi projektov na področju razvoja integriranega gospodarjenja z vodo v urbanih področjih in pri industrijskih dejavnostih, kar je ena od dejavnosti gospodarskega subjekta. Na drugi strani pa bo optimizirani postopek elektrokoagulacije omogočal preboj podjetja Deltaplan na trg tehnoloških rešitev za čiščenje zelo problematičnih industrijskih odpadnih voda za tiste veje industrije, ki se spopada z negativnimi ekonomskimi kot tudi z okoljskimi vplivi zaradi odvajanja odpadne vode.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
