Při čištění odpadních vod s vysokým obsahem organických látek se zpravidla používá anaerobní vyhnívání. Když navíc k anaerobnímu procesu přidáme membránovou separaci, využijeme celý potenciál, který v sobě odpadní voda skrývá. Proces namísto spotřeby začne energii produkovat.
Běžné anaerobní vyhnívání dokáže odstranit většinu organické hmoty a zároveň tuto biomasu využít pro produkci methanu, který je základní složkou bioplynu. Může se zdát, že tato technologie zpracuje všechen potenciál, který odpadní voda má. Kombinace anaerobních procesů s membránovou separací však dává možnost znovuvyužití odpadní vody. Volbou vhodných reakčních parametrů a druhu membrán získáme cenný bioplyn a recyklovanou vodu.
ANAEROBNÍ PROCESY
V přírodě můžeme anaerobní procesy nalézt jako hnilobné procesy, kdy jsou organické zbytky podrobeny rozkladu bez přístupu kyslíku a podílí se na něm několik základních skupin anaerobních mikroorganismů. Produkt jedné skupiny mikroorganismů se stává substrátem skupiny druhé. Produktem anaerobního vyhnívání je bioplyn (směs CO2 a CH4) a vyhnilý substrát, tzv. digestát. Bioplyn, kvalitní obnovitelný zdroj energie, je možné použít na ohřev vody, samotného anaerobního reaktoru či na výrobu elektrické energie. Jeho výhřevnost je daná obsahem methanu, jehož produkce je zase závislá na složení použité biomasy. Digestát je obvykle považován za organické hnojivo s rychle využitelným amonným dusíkem, mohl by se tedy stát úspornou alternativou k minerálním hnojivům.
U anaerobních procesů je třeba sledovat parametry jako vlhkost, teplotu, hodnotu pH, přísun živin, přítomnost toxických látek a zatížení reaktoru. Energie z vyprodukovaného bioplynu zpravidla převyšuje spotřebu energie pro provoz reaktoru, což je zajímavé z ekonomického hlediska.
MEMBRÁNOVÉ TECHNOLOGIE
Rovněž membránové technologie jsou v čistírenství zavedenou separační metodou. Membrána tvoří ve vodě bariéru a podle velikosti pórů tak zachycuje látky od makromolekul přes proteiny a nízkomolekulární látky až po ionty.
Membrány můžeme rozdělit podle několika kritérií, např. podle materiálu membrán na anorganické a organické, které jsou používanější, zejména kvůli příznivé ceně. Dále podle konfigurace membrán na externí a ponořené. Externí sice dosahují vyšších průtoků a mají i nižší investiční náklady, ale za cenu vyšších provozních nákladů. Ponořené membrány zase mají na úkor menších fluxů a čištění membrán bioplynem menší provozní náklady.
Poslední rozdělení se týká membránových modulů, z nichž nejčastěji používané jsou moduly z dutých vláken (hollow fibers), tubulární moduly (z keramických materiálů, méně se zanášejí, jsou odolnější a dražší) a deskové moduly (flat sheet).
ANAEROBNÍ MEMBRÁNOVÝ BIOREAKTOR
Anaerobní reaktor i membránové technologie mají své výhody, proč je tedy nespojit? Anaerobní membránový bioreaktor (AnMBR) spojuje výhody obou. Jde o systém bez potřeby vzduchu, s nízkou produkcí přebytečného kalu a s malým požadavkem na obsah nutrientů. Zároveň dosahuje vysoké kvality odtoku, přičemž dokáže udržet biomasu v systému ve vyšší koncentraci, a také vyrovnává fluktuace nátoku. To vše s malým záběrem plochy a odstraněním nerozpuštěných látek. Anaerobní membránové bioreaktory však nejsou žádnou novinkou - první provozní aplikaci provedl již v roce 1978 Grethlein.
PROVOZNÍ PARAMETRY
Každý reaktor primárně vychází z druhu použité biomasy a tou mohou být komunální odpadní vody i odpadní vody z potravinářského, papírenského, petrochemického, textilního i chemického průmyslu.
Organické zatížení reaktoru je zpravidla menší než 10 kg CHSK/m3/d. Doba zdržení je nejčastěji v řádech hodin, ale může dosahovat až 10 dní. Většina reaktorů je provozována v mezofilních podmínkách, tj. teplota v reaktoru je kolem 35 °C. Účinnost odstranění organických látek ve formě CHSK je u všech aplikací vyšší než 85 %.
Aby byl popis anaerobních membránových reaktorů kompletní, je třeba zmínit i energetické a provozní náklady technologie, které se zpravidla vyjadřují v kWh/m3, resp. Kč/m3 vyčištěné vody. Náklady se samozřejmě budou u jednotlivých aplikací mírně lišit, nicméně ekonomická výhoda anaerobních membránových bioreaktorů v porovnání s aerobními je stále poměrně významná.
PROJEKT DEMOWARE
Od letošního roku řeší společnost ASIO mezinárodní výzkumný projekt DEMOWARE, jehož cílem je aplikace anaerobního membránového reaktoru a znovuvyužití odpadní vody za účelem závlahy zemědělských ploch, který je v českých podmínkách unikátní.
Výstupem projektu bude poloprovozní anaerobní membránový bioreaktor. Jako substrát pro anaerobní vyhnívání bude použita průmyslová odpadní voda z výroby sýrů s vysokým obsahem syrovátky. Reaktor bude přibližně rok a půl provozován pod dohledem spoluřešitelů projektu. Díky kontinuální kontrole a možnosti optimalizace provozu reaktoru bude získáno velké množství zkušeností a znalostí nezbytných pro návrhy dalších aplikací.
Anaerobní procesy jsou ideálním řešením pro čištění odpadních vod s vysokým obsahem organických látek. Vyhnilá biomasa využitelná jako hnojivo a vyprodukovaný bioplyn jako zdroj energie jsou nejlepším výsledkem, který může být dosažen. Když navíc k anaerobnímu procesu přidáme membránovou separaci, kromě lepší kontroly reakčních podmínek získáme i vyčištěnou odpadní vodu, která může být dále použita. Tím využijeme celý potenciál, který v sobě odpadní voda skrývá. Největším přínosem této technologie je však obrovská úspora energie, jež činí anaerobní membránový bioreaktor zcela soběstačnou a úspornou metodou. Namísto spotřeby totiž energii produkuje.
Ing. Martina Sukopová
ASIO, s. r. o.
Technologický výzkum a vývoj je řešen s použitím účelové podpory Evropské unie projektu DEMOWARE FP7/619040: "Inovativní demonstrace pro konkurenceschopný a inovativní evropský sektor znovuvyužití vody".
Bioplyn je kvalitní obnovitelný zdroj energie a je možné ho využít různými způsoby.
