Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Napredno čiščenje voda z ultrazvokom in kavitacijo

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
7.00.00  Interdisciplinarne raziskave     

Koda Veda Področje
T270  Tehnološke vede  Okoljska tehnologija, nadzor onesnaženja 

Koda Veda Področje
2.07  Tehniške in tehnološke vede  Okoljsko inženirstvo 
Ključne besede
Ultrazvok, kavitacija, čiščenje vode, ultrazvočna kavitacija, hidrodinamična kavitacija, napredne tehnike oksidacije, zvočnokemijske reakcije, kontrola rasti alg, dezinfekcija vode
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (23)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  19442  Renato Babič    Tehnični sodelavec  2011 - 2013  157 
2.  21237  dr. Tom Bajcar  Procesno strojništvo  Raziskovalec  2014  194 
3.  11495  dr. Darko Drev  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2011 - 2014  643 
4.  23471  dr. Matevž Dular  Energetika  Raziskovalec  2011 - 2014  463 
5.  27661  dr. Matjaž Eberlinc  Energetika  Raziskovalec  2011  99 
6.  11790  dr. Tjaša Griessler Bulc  Biologija  Raziskovalec  2011 - 2013  517 
7.  12315  dr. Ester Heath  Varstvo okolja  Raziskovalec  2011 - 2014  604 
8.  18836  dr. Marko Hočevar  Procesno strojništvo  Raziskovalec  2011 - 2013  601 
9.  34903  Klara Jarni  Biologija  Raziskovalec  2013 - 2014  57 
10.  03540  dr. Boris Kompare  Vodarstvo  Vodja  2011 - 2014  865 
11.  27733  dr. Tina Kosjek  Varstvo okolja  Raziskovalec  2012 - 2014  360 
12.  26067  dr. Aleksandra Krivograd Klemenčič  Varstvo okolja  Raziskovalec  2011 - 2013  302 
13.  14111  dr. Mario Krzyk  Vodarstvo  Raziskovalec  2011 - 2013  425 
14.  22241  dr. Lovrenc Novak  Energetika  Raziskovalec  2012 - 2013  200 
15.  31152  dr. Martina Oder  Medicina  Raziskovalec  2011 - 2013  152 
16.  23577  dr. Andrej Osterc  Kemija  Raziskovalec  2011 - 2012  44 
17.  28611  dr. Aljaž Osterman  Procesno strojništvo  Raziskovalec  2011  43 
18.  08946  Silva Perko    Tehnični sodelavec  2011 - 2014  51 
19.  09286  dr. Brane Širok  Mehanika  Raziskovalec  2011 - 2014  1.193 
20.  31633  dr. Mateja Škerjanec  Vodarstvo  Raziskovalec  2011 - 2013  58 
21.  24341  dr. Matej Uršič  Vodarstvo  Raziskovalec  2011 - 2014  68 
22.  10627  mag. Marta Vahtar  Urbanizem  Raziskovalec  2011 - 2012  199 
23.  36714  Miha Žitnik  Biologija  Raziskovalec  2014  33 
Organizacije (4)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  91.005 
2.  0382  Univerza v Ljubljani, Zdravstvena fakulteta  LJUBLJANA  1627155  14.468 
3.  0782  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo  Ljubljana  1627031  29.341 
4.  0792  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo  Ljubljana  1626981  25.752 
Povzetek
Predstavitev problema Cilj biološkega čiščenja odpadnih voda je popolna mineralizacija, oz. pretvorba organskih spojin do ogljikovega dioksida in vode, vendar temu vedno ni tako. Nekatere spojine so namreč biološko nerazgradljive ali zelo slabo razgradljive, zato so za njihovo odstranitev iz sistema ključnega pomena drugi, abiotski postopki čiščenja, kot so npr. membranska filtracija, UV razgradnja, napredni oksidacijski postopki (AOP, Advanced Oxidation Processes), potencialno možnost pa predstavlja tudi kavitacija. Cilji raziskave Predlagana raziskava je usmerjena v izboljšanje učinka delovanja čistilnih naprav s pomočjo kavitacije.  S kavitacijo bomo delovali na dveh nivojih: 1. S pomočjo izredno velikih tlakov in temperatur, ki spremljajo kavitacijo, želimo doseči razbitje težje biorazgradljivih majhnih organskih molekul na lažje biorazgradljive intermediate. 2. Z razbijanjem večjih delcev želimo povečati njihovo aktivno površino, s tem pa pospešiti nadaljnji proces hidrolize in biorazgradnje. Kavitacijo bomo sklopili s procesom konvencionalne biološke razgradnje z aktivnim blatom in dokazali večji celokupen učinek čiščenja. Izvirnost rezultatov V dosedanji praksi pri čiščenju odpadnih vod na čistilnih napravah se kavitacija ne uporablja. Sicer obstajajo določeni laboratorijski poizkusi, vendar metode do sedaj še niso dostopne za širšo uporabo. Z opravljenimi raziskavami tako želimo na teoretičnem nivoju pridobiti ustrezne izkušnje in znanja ter končno tudi pospešiti prenos znanja in tehnologije na aplikativni nivo oz. v prakso. Metode dela, organiziranost in izvedljivost projekta V prvi fazi bomo preučevali ultrazvočno generirano kavitacijo, v drugi fazi pa hidrodinamično generirano kavitacijo. Potrebno bo karakterizirati obratovalne parametre, npr. volumski tok, tlak in temperatura. Poleg tega bomo proces čiščenja in razgradnje opazovali tudi na mikro nivoju s hidrofonom in z vizualizacijo. Sledila bo sklopitev kavitacije z že obstoječo pilotno čistilno napravo z aktivnim blatom in pa uporaba v ribogojnici. Kot kriterij za oceno učinkovitosti kavitacije in oceno celokupnega delovanja pilotne čistilne naprave po sklopitvi s kavitacijo bomo uporabili modelne težko biorazgradljive spojine iz vrst razširjenih zdravilnih učinkovin, kot so nesteroidne protivnetne učinkovine, pomirjevala, antilipidemiki in drugi. Njihovo eliminacijo med procesom kavitacije bomo spremljali s pomočjo kemijske analizne metode, ki je že vpeljana v Laboratoriju za organsko kemijsko analizo okolja IJS. Analizna metoda vključuje ekstrakcijo analitov (t.j. modelnih zdravilnih učinkovin) na trdnem nosilcu, temu pa sledita derivatizacija in analiza s plinsko kromatografijo sklopljeno z masno spektrometrično detekcijo. Kot merilo za biorazgradljivost večjih delcev bomo uporabili parameter BPK-5 (biološka potreba po kisiku v 5-ih dneh), uspešnost kavitacije bomo sledili tudi z opazovanjem distribucije števila in velikosti delcev pred in po kavitaciji. Relevantnost in vpliv rezultatov Pričakujemo, da bo uporaba kavitacije zmanjašala uporabo dragih kemikalij, ki jih je sicer potrebno dodajati v procesu čiščenja in po drugi plati spet pomenijo določeno tveganje za okolje. Kavitacija kot fizikalni postopek v očiščeno vodo ne dodaja nobenih kamikalij, niti ne vpliva na okolje po izpustu očiščene vode. V današnjem času, ko se vedno več pozornosti polaga na mikroonesnažila, kot so hormnoski motilci, pričakujemo, da bo razviti postopek čiščenja odpadnih voda s pomočjo kavitacije občutno znižal njihovo prisotnost v očiščeni vodi. Predvidevamo, da bomo kavitacijo lahko uporabili tudi za dezinfekcijo tako odpadne kot pitne vode.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati predlaganega projekta izkazujejo po našem mnenju visoko stopnjo znanstvene relevantnosti, saj smo v projektu odgovorili na številna še odprta vprašanja, ki smo jih identificirali v pregledu stanja tehnike. Zaradi interdisciplinarnosti je projekt doprinesel napredek v vseh tangiranih raziskovalnih področjih, t.j.: (1) v strojništvu, oz. mehaniki fluidov, v poglobljenih znanjih o ultrazvočni in hidrodinamski kavitaciji in razvojem novih tehnologij in naprav, ki omogočajo tako kavitacijo. (2) v ekološkem inženirstvu smo z uporabo kavitacije: (a) odprli nove poti za zmanjšanje porabe dragih in/ali okolju in ljudem nevarnih kemikalij, (b) razvili postopke in naprave za pospešen razkroj biološko sicer težko razgradljivih snovi (čistilne naprave, bioplinarne), (c) razvili postopke in naprave za čiščenje vode za različne namene, npr. v ribogojstvu, za namakanje, za kopalne vode, itd. (3) v javnem zdravstvu so rezultati raziskav vodili do novih tehnologij in naprav za dezinfekcijo pitnih in odpadnih voda ter tako zmanjšali porabo kemikalij (4) v kemijski analitiki so rezultati projekta doprinesli k razvoju novih analiznih metod, ki podpirajo določevanje razgradnih produktov, ki bodo nastajali v naših procesih, kar bo vodilo do postavitve hipotez o možnih razgradnih poteh opazovanih prioritetnih onesnažil (priority pollutants, PP) Prav tako smo prepričani, da v današnjem svetu, kjer je znanost vedno bolj prepletena, inter- in multi-disciplinarna, bodo rezultati naših raziskav našli pot tudi v druge veje znanosti in stroke.
Pomen za razvoj Slovenije
Pričakujemo, da bo uporaba kavitacije zmanjšala uporabo dragih kemikalij, ki jih je sicer potrebno dodajati v procesu čiščenja in po drugi plati spet pomenijo določeno tveganje za okolje. Kavitacija kot fizikalni postopek v očiščeno vodo ne dodaja nobenih kemikalij, niti ne vpliva na okolje po izpustu očiščene vode. V današnjem času, ko se vedno več pozornosti polaga na mikroonesnažila, kot so ostanki zdravilnih učinkovin in kemijskih povzročiteljev hormonskih motenj, pričakujemo, da bo razviti postopek čiščenja odpadnih voda s pomočjo kavitacije občutno znižal njihovo prisotnost v očiščeni vodi. Predvidevamo, da bomo kavitacijo lahko uporabili tudi za dezinfekcijo tako odpadne kot pitne vode.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno