Projekti / Programi
Razvoj sistemov za čiščenje odpadnih voda s kombinacijo bioloških šaržnih procesov in membranskih procesov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.09 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
Tehnika za varstvo okolja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T270 |
Tehnološke vede |
Okoljska tehnologija, nadzor onesnaženja |
biološko čiščenje odpadnih voda, aerobno čiščenje, anaerobno čiščenje, pridobivanje bioplina, aktivna biomasa, šaržni proces, membranska separacija.
Raziskovalci (7)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
17262 |
Jelka Grdadolnik |
|
Tehnični sodelavec |
2007 - 2009 |
41 |
| 2. |
03072 |
dr. Viktor Grilc |
Kemijsko inženirstvo |
Raziskovalec |
2007 - 2009 |
753 |
| 3. |
21374 |
dr. Tanja Kurbus |
Kemijsko inženirstvo |
Mladi raziskovalec |
2007 - 2008 |
25 |
| 4. |
17264 |
Matjaž Omerzel |
|
Tehnični sodelavec |
2007 - 2009 |
50 |
| 5. |
06111 |
dr. Milenko Roš |
Kemijsko inženirstvo |
Raziskovalec |
2007 - 2009 |
793 |
| 6. |
08248 |
dr. Janez Vrtovšek |
Procesno strojništvo |
Raziskovalec |
2007 - 2009 |
254 |
| 7. |
21240 |
dr. Gregor Zupančič |
Energetika |
Vodja |
2007 - 2009 |
167 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.942 |
Povzetek
Biološko čiščenje predstavlja najekonomičnejši način obdelave odpadnih voda. Pri tem procesu so šaržni biološki reaktorji (SBR), anaerobni in aerobi bistveno bolj uspešni kot konvencionalne tehnologije, ker pri bistveno manjšem volumnu postrojenja z enakim učinkom očistijo odpadno vodo, oz. predelajo odpadne brozge v bioplin. SBR reaktorje je tudi mogoče obratovati pri višji koncentraciji biomase in s tem dosegati še višje učinke čiščenja oz. pridelave bioplina. Problem pri povišani koncentraciji biomase je, da faza usedanja SBR reaktorja ni dovolj učinkovita in tako nam aktivna biomasa lahko uhaja iz reaktorja. Elegantna rešitev tega problema je uporaba mebranskih filtrov na iztoku SBR reaktorja in s tem zadrževanje biomase v reaktorju. Tako dobimo hibridni sistem SBR in membranskega bioreaktorja, ki nam lahko ponudi bistveno boljše rezultate čiščenja. Da bomo razvili tak hibridni proces, bomo preučevali kinetiko SBR reaktorja pri povišani koncentraciji biomase. Prav tako bomo spremljali encimske reakcije v suspenziji odpadne vode in aktivne biomase, ter odzive encimov in njihovih reakcij na potencialno strupene snovi v industrijskih odpadnih vodah ali brozgah. Preučili bomo tudi prilagoditev mikroorganizmov na te strupene snovi do te mere, da bo mogoča nemotena razgradnja oz. proizvodnja bioplina. V sklopih z anaerobnim reaktorjem poseben poudarek na čim učinkovitejšem pridobivanju bioplina, kar bo imelo za posledico zmanjšanje emisij v industriski proizvodnji ter večanju deleža obnovljive energije v Sloveniji. Prav tako bomo namenili pozornost membranskemu sklopu postrojenja in sicer tvorbi primernih flokul za neproblematično filtriranje na membrenskem modulu, kot tudi boljšemu usedanju flukul v reaktorju. Preučili bomo tudi materiale membran v filtrih, da bi v kombinaciji s primerno velikostjo flokul preprečili mašenje filtrov (»fouling«) in omogočili nemoteno obratovanje postrojenja. Po določitvi optimalnih pogojev procesa bomo tudi skonstruirali in zgradili (skupaj s sofinancerjem) pilotno napravo, ki bo služila kot model za trženje procesa. Sofinancer vstopa v projekt z načrtom, da bo izdelan proces lahko preoblikoval z našo pomočjo v produkt, ki ga bo uspešno tržil pri nas in v svetu.
Pomen za razvoj znanosti
Odkritje, da v šaržnih bioloških reaktorjih lahko pri aerobnih pogojih poteče granulacija aktivnega blata, je dalo nov zagon raziskavam na področju biološkega čiščenja onesnaženih voda. Granulacija omogoča boljše usedalne lastnosti aktivnega blata s tem pa lahko v reaktorju zadržujemo večjo količino oziroma višjo koncentracijo blata. Potek granulacije je odvisen od hidrodinamičnih pogojev v reaktorju (hitrost zraka, hitrost mehanskega mešanja) zato je potrebno podrobnejše poznavanje inženirskih procesnih parametrov.
Uporaba nano materialov v filtracijski tehnologiji je spremenila princip odstranjevanja majhnih mikrobioloških delcev. Ti se ne odstranijo v porah, ki so manjše od premera delcev, temveč se zadržijo na nano vlaknih zaradi elektroadhezivne sile (+). Splošno velja, da z manjšanjem velikosti delcev narašča njihova elektro negativnost. Zato filtracijska učinkovitost »nano filtrov« narašča, čim manjši so delci. Tako se odpirajo možnosti za »filtracijo« virusov, bakterij, celic, proteinov in DNK. Raziskave kažejo, nekaj smo jih opravilu tudi na v sklopu tega projekta, da »nano filter« delno odstrani tudi raztopljene kovine. Pri raziskavah na področju »nano filtracije« smo uporabili nova orodja kot npr. elektronski mikroskop.
Pri preučevanju anaerobnih procesov smo odkrili, da je mogoče z granulirano biomaso obdelovati tudi odpadne vode z višjo koncentracijo suspendiranih snovi. Do sedaj je namreč veljalo, da granulairana biomasa prenese le nižje koncentracije suspendiranih snovi. To je posledica tega, da se je biomasa uporabljala le v pretočnih sistemih. Z uporabo granulirane biomase v šaržnih sistemih smo uspeli dokazati, da je ta zmožna predelati tudi višje koncentracije suspendiranih snovi in je posledično tudi bolj učinkovita. S tem odkritjem se je odprla možnost uporabe granulirane biomase za vrsto odpadnih substratov, ki do sedaj niso imeli primernega in učinkovitega načina obdelave.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalni rezultati na področju biološkega čiščenja z SBR tehnologijo so neposredno uporabni pri načrtovanju in optimizaciji delovanja čistilnih naprav. Iz praktičnega primera je razvidno kakšen je pravilen postopek pri načrtovanju bioloških čistilnih naprav. Na osnovi poznavanje procesa proizvodnje in analiz vzorcev odpadne vode je potrebno izbrati primerno tehnologijo in jo potrditi s pilotnimi preskusi, na osnovi katerih pridobimo tudi najboljše načrtovalne in obratovalne parametre. Rezultati raziskav SBR sistemov z granulirano biomaso kažejo, da se da doseči delna granulacija in s tem višja koncentracija aktivnega blata tudi v obstoječih bazenih/reaktorjih industrijskih čistilnih naprav. S tem bi se povečala učinkovitost delovanja čistilnih naprav, kakovost čiščene vode še izboljšala, produkcija odvečnega blata pa bi se zmanjšala.
Tudi rezultati raziskav v šaržnih reaktorjih za obdelavo blata iz čistilnih naprav so neposredno uporabni za industrijske aplikacije. Hkrati z izbiro najustreznejše tehnologije biološkega čiščenja lahko tako izberemo tudi ustrezno tehnologijo obdelave blata. Tako lahko pridobimo največ energije (bioplin) ob najmanjšem ostanku, ki ga je treba odlagati in najnižji dodatni obremenitvi čistilne naprave z snovmi, ki ostanejo v tekoči fazi.
V sodelovanjem s podjetjem HTZ se »nano filtri« že uporabljajo za odstranjevanje mikrobioloških delcev iz pitne vode v gospodinjstvih. Odpirajo pa se možnosti za obdelavo tehnoloških odpadnih voda v panogah, ki so velike porabnice vode, tehnološki proces pa je zelo občutljiv že na nizke količine mikroorganizmov v tehnološki vodi (npr. papirna, prehrambena, farmacevtska). Z uporabo »nano filtrov«, ki je tehnološko enostavna, bi se lahko povečal delež ponovno uporabljene (reciklirane) tehnološke vode, kar bi pomembno prispevalo k posrednemu varovanju vodnih virov v Sloveniji. Z uporabo »nano filtrov« se poveča tudi tehnološka ustreznost bioloških procesov čiščenja podtalnice, ki je onesnažena z nitrati in organskimi mikroonesnaževali. Problematika onesnažene podtalnice je v Sloveni že močno prisotna, njeno reševanje pa prispeva strategiji neposrednega varovanja vodnih virov.
Z uporabo anaerobnih procesov razvitih v tem projektu bomo lahko povečali delež obnovljive energije v industrijskih procesih, kjer se proizvajajo večje količine odpadne vode in drugih organskih odpadkov. Gre predvsem za prehrambeno in industrijo pijač, kjer so nekatera podjetja, ki sicer že izrazila interes za implementacijo tehnologij, ki smo jih razvili v tem projektu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
